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3° medio · Ciencias para la Ciudadanía
La energía · Los circuitos eléctricos

Potencia y consumo eléctrico

Te conviene dominar: Circuitos eléctricos básicos (8.° básico)

Una plancha de pelo y una ampolleta LED transforman electricidad en otra cosa (calor, luz). La plancha lo hace "a lo bruto" y la ampolleta casi sin gastar. En invierno, en Santiago o en Temuco, cuando enciendes la estufa eléctrica, la cuenta de la luz se nota enseguida. Esa diferencia se llama potencia, y es la que explica por qué algunos aparatos disparan la cuenta de la luz y otros casi no se notan.

La potencia: energía cada segundo

Si tocas una ampolleta LED de $10\ \text{W}$ y una estufa eléctrica de $2.000\ \text{W}$ conectadas al mismo enchufe, la estufa desprende muchísimo calor en segundos y la ampolleta apenas se entibia. ¿Por qué dos aparatos conectados a la misma tensión transforman cantidades de energía tan distintas cada segundo?

Comparación de la potencia eléctrica de tres aparatos: una ampolleta LED de 10 W, un secador de 1.500 W y un horno de 2.500 W; el área de cada cuadrado es proporcional a su potencia. Energía transformada cada segundo (área proporcional a la potencia) ampolleta LED 10 W secador 1.500 W horno 2.500 W

Fíjate en que el watt es energía por segundo: un horno de $2.500\ \text{W}$ transforma $2.500\ \text{J}$ cada segundo. La ampolleta LED es un cuadradito casi invisible: su potencia es 250 veces menor. En Chile la red domiciliaria es de $220\ \text{V}$ y $50\ \text{Hz}$ (en varios ejercicios se usan $230\ \text{V}$, un valor muy cercano). La fórmula es la misma; solo cambian los datos. Y ojo: la energía eléctrica que consume un aparato no desaparece, se transforma en luz y calor, y ese calor se degrada: ya no se puede aprovechar.

Practica★☆☆Sin empezar
Una tostadora conectada a $230\ \text{V}$ es atravesada por una corriente de $2\ \text{A}$. Calcula su potencia en watts.

Una tostadora conectada a $230\ \text{V}$ es atravesada por una corriente de $2\ \text{A}$. Calcula su potencia en watts.

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Practica★☆☆Sin empezar
El cargador de un celular trabaja a $5\ \text{V}$ y entrega una corriente de $2\ \text{A}$. ¿Qué potencia suministra al teléfono?

El cargador de un celular trabaja a $5\ \text{V}$ y entrega una corriente de $2\ \text{A}$. ¿Qué potencia suministra al teléfono?

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Practica★☆☆Sin empezar
Ordena de menor a mayor potencia típica estos aparatos: un horno ($2500\ \text{W}$), una ampolleta LED ($10\ \text{W}$), un televisor ($100\ \text{W}$) y un secador de…

Ordena de menor a mayor potencia típica estos aparatos: un horno ($2500\ \text{W}$), una ampolleta LED ($10\ \text{W}$), un televisor ($100\ \text{W}$) y un secador de pelo ($1500\ \text{W}$), como se muestra en la figura.

5001000150020002500 P (W) 2500 W10 W100 W1500 W hornoLEDtelevisorsecador

¿Cuál transforma más energía eléctrica cada segundo?

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Potencia disipada y resistencia

A $220\ \text{V}$ fijos, $P = V \cdot I$ y $V = I \cdot R$ dan $R = V/I$: el aparato que deja pasar menos corriente ofrece más resistencia. Una ampolleta de $10\ \text{W}$ toma unos $0{,}05\ \text{A}$ ($R \approx 4.840\ \Omega$), una estufa de $2.000\ \text{W}$ toma unos $9\ \text{A}$ ($R \approx 24\ \Omega$). Más potencia, menos resistencia.

Además, la potencia que consume un aparato no es toda calor: un computador o un televisor de unos $150\ \text{W}$ o una batidora de unos $140\ \text{W}$ usan parte de la energía para luz, sonido o movimiento. En una estufa, en cambio, casi todo se disipa como calor.

De la potencia a la intensidad

En la etiqueta de un microondas solo lees «$220\ \text{V}$» y «$1.100\ \text{W}$». Necesitas saber cuántos amperes circularán por el cable para no sobrecargar una zapatilla (alargador): ¿cómo se obtiene la corriente si el fabricante solo indica la potencia?

Triángulo mnemotécnico de P = V · I: la potencia P arriba, y el voltaje V y la intensidad I abajo. Triángulo de P = V · I P V I Tapa la magnitud que buscas y lee la que queda P = V · I V = P / I I = P / V

Potencia y energía no son lo mismo

Un secador de $2.000\ \text{W}$ usado diez minutos apenas mueve el medidor, mientras que un refrigerador de solo $150\ \text{W}$, encendido día y noche, pesa mucho en la cuenta de la luz. ¿De qué depende la energía que pagamos?

Un aparato de 1 kW que funciona durante 1 hora consume 1 kWh; con 2 horas consumiría 2 kWh. 1 kW × 1 h = 1 kWh El kWh es energía: potencia por tiempo
Practica★☆☆Sin empezar
En la cuenta de la luz el consumo aparece en $\text{kWh}$. ¿Es el kilowatt-hora una unidad de potencia o de energía? Explica con tus palabras qué significa consumir…

En la cuenta de la luz el consumo aparece en $\text{kWh}$. ¿Es el kilowatt-hora una unidad de potencia o de energía? Explica con tus palabras qué significa consumir $1\ \text{kWh}$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Una ampolleta de $100\ \text{W}$ permanece encendida durante $10\ \text{h}$. a) ¿Cuánta energía consume, en vatios-hora? b) Exprésala en kilovatios-hora.

Una ampolleta de $100\ \text{W}$ permanece encendida durante $10\ \text{h}$.

  1. a) ¿Cuánta energía consume, en vatios-hora?
  2. b) Exprésala en kilovatios-hora.
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Practica★☆☆Sin empezar
Un ventilador de $50\ \text{W}$ está encendido $4\ \text{h}$. ¿Cuánta energía consume? Exprésala en $\text{Wh}$ y en $\text{kWh}$.

Un ventilador de $50\ \text{W}$ está encendido $4\ \text{h}$. ¿Cuánta energía consume? Exprésala en $\text{Wh}$ y en $\text{kWh}$.

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Distinguir potencia de energía

Una batería para acampar (por ejemplo, para un fin de semana en Pucón) guarda cierta cantidad de energía. Lo que cambia según el aparato es la potencia con la que la gasta, y de eso depende cuánto dura.

Practica★★☆Sin empezar
Una batería de camping almacena $1\ \text{kWh}$ de energía. a) ¿Cuántas horas puede alimentar un refrigerador portátil de $50\ \text{W}$? b) ¿Y una ampolleta de…

Una batería de camping almacena $1\ \text{kWh}$ de energía.

  1. a) ¿Cuántas horas puede alimentar un refrigerador portátil de $50\ \text{W}$?
  2. b) ¿Y una ampolleta de $10\ \text{W}$? Justifica por qué dura más con una que con otra.
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Practica★★★Sin empezar
Daniela dice: «Mi secador es muy potente: gasta $2000\ \text{kWh}$». a) Corrige la frase: ¿qué unidad corresponde a la potencia? b) Explica la diferencia entre potencia…

Daniela dice: «Mi secador es muy potente: gasta $2000\ \text{kWh}$».

  1. a) Corrige la frase: ¿qué unidad corresponde a la potencia?
  2. b) Explica la diferencia entre potencia y energía usando el ejemplo del secador.
  3. c) Si el secador es de $2000\ \text{W}$ y se usa durante $15\ \text{min}$, ¿cuánta energía consume, en $\text{kWh}$?
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El costo en la cuenta de la luz

En Chile, la empresa distribuidora de tu zona cobra por los $\text{kWh}$ consumidos, más el IVA del $19\ \%$ (la cuenta llega cada mes). El precio por $\text{kWh}$ depende de la tarifa. En los problemas usaremos precios de ejemplo, no cifras oficiales.

Esquema del cálculo del costo: la energía en kWh multiplicada por el precio de cada kWh da el importe en pesos. energía 72 kWh × precio $200 por kWh = costo $14.400 Primero la energía en kWh; después, el precio
Practica★★☆Sin empezar
Un calefactor de $1200\ \text{W}$ se enciende $2\ \text{h}$ al día durante un mes de $30$ días. a) Expresa su potencia en kilowatts. b) Calcula la energía que consume en…

Un calefactor de $1200\ \text{W}$ se enciende $2\ \text{h}$ al día durante un mes de $30$ días.

  1. a) Expresa su potencia en kilowatts.
  2. b) Calcula la energía que consume en el mes, en $\text{kWh}$.
  3. c) Si el precio es de $200\ \text{\$/kWh}$, ¿cuánto cuesta ese uso?
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Practica★★☆Sin empezar
Una cocina eléctrica de $2\ \text{kW}$ funciona durante $15\ \text{min}$. a) Expresa ese tiempo en horas. b) Calcula la energía consumida, en $\text{kWh}$. c) ¿Cuánto…

Una cocina eléctrica de $2\ \text{kW}$ funciona durante $15\ \text{min}$.

  1. a) Expresa ese tiempo en horas.
  2. b) Calcula la energía consumida, en $\text{kWh}$.
  3. c) ¿Cuánto cuesta a $200\ \text{\$/kWh}$?
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Practica★★☆Sin empezar
Una consola de videojuegos tiene una potencia de $200\ \text{W}$ y la usas $3\ \text{h}$ al día. a) ¿Cuánta energía consume al día? b) ¿Cuántos $\text{kWh}$ consume en…

Una consola de videojuegos tiene una potencia de $200\ \text{W}$ y la usas $3\ \text{h}$ al día.

  1. a) ¿Cuánta energía consume al día?
  2. b) ¿Cuántos $\text{kWh}$ consume en un mes de $30$ días?
  3. c) Calcula el costo mensual a $200\ \text{\$/kWh}$.
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Consumo de toda la casa

La cuenta suma lo que gasta cada aparato. Para estimarlo, calcula la energía de cada uno y suma.

Practica★★★Sin empezar
En la casa de Lucía se usan cada día: un horno de $2\ \text{kW}$ durante $1\ \text{h}$, diez ampolletas LED de $10\ \text{W}$ encendidas $5\ \text{h}$ y un refrigerador…

En la casa de Lucía se usan cada día: un horno de $2\ \text{kW}$ durante $1\ \text{h}$, diez ampolletas LED de $10\ \text{W}$ encendidas $5\ \text{h}$ y un refrigerador de $200\ \text{W}$ funcionando las $24\ \text{h}$.

  1. a) Calcula los $\text{kWh}$ que consume cada aparato al día.
  2. b) ¿Cuántos $\text{kWh}$ se consumen en total en un mes de $30$ días?
  3. c) ¿A cuánto asciende la cuenta de la luz del mes a $200\ \text{\$/kWh}$?
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Practica★★★Sin empezar
¿Qué consume más en un mes de $30$ días: un aire acondicionado de $1,5\ \text{kW}$ usado $2\ \text{h}$ al día o veinte ampolletas LED de $10\ \text{W}$ encendidas…

¿Qué consume más en un mes de $30$ días: un aire acondicionado de $1,5\ \text{kW}$ usado $2\ \text{h}$ al día o veinte ampolletas LED de $10\ \text{W}$ encendidas $10\ \text{h}$ al día?

  1. a) Calcula el consumo mensual de cada opción, en $\text{kWh}$.
  2. b) ¿Cuál gasta más?
  3. c) Calcula el costo mensual de cada opción a $200\ \text{\$/kWh}$.
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Ahorrar energía: comparar aparatos

Muchos refrigeradores, lavadoras y otros artefactos traen una etiqueta de eficiencia energética (en Chile, regulada por el Ministerio de Energía y fiscalizada por la SEC, con clases de la A a la G). Un aparato más eficiente hace el mismo trabajo con menos energía.

Al elegir entre dos aparatos parecidos, conviene el de letra más cercana a la A (o el de menos $\text{kWh}$ al año): gasta menos energía y, por lo tanto, pagas menos en la cuenta de la luz.

Practica★☆☆Sin empezar
En la etiqueta energética de un refrigerador aparece una letra entre la A y la G. a) ¿Qué indica esa letra? b) ¿Qué letra conviene elegir para pagar menos en la cuenta…

En la etiqueta energética de un refrigerador aparece una letra entre la A y la G.

  1. a) ¿Qué indica esa letra?
  2. b) ¿Qué letra conviene elegir para pagar menos en la cuenta de la luz? ¿Por qué?
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Practica★★☆Sin empezar
La etiqueta de un refrigerador nuevo indica un consumo de $150\ \text{kWh}$ al año, mientras que el viejo de la casa gasta $450\ \text{kWh}$ al año. a) ¿Cuántos…

La etiqueta de un refrigerador nuevo indica un consumo de $150\ \text{kWh}$ al año, mientras que el viejo de la casa gasta $450\ \text{kWh}$ al año.

  1. a) ¿Cuántos $\text{kWh}$ se ahorran cada año con el nuevo?
  2. b) ¿Cuánto dinero significa ese ahorro a $200\ \text{\$/kWh}$?
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Practica★★★Sin empezar
Un televisor antiguo consume $300\ \text{kWh}$ al año y uno nuevo, de tecnología LED, $100\ \text{kWh}$ al año. El televisor nuevo cuesta $\$400\,000$ y el $\text{kWh}…

Un televisor antiguo consume $300\ \text{kWh}$ al año y uno nuevo, de tecnología LED, $100\ \text{kWh}$ al año. El televisor nuevo cuesta $\$400\,000$ y el $\text{kWh}$ está a $200\ \text{\$/kWh}$.

  1. a) ¿Cuánto dinero se ahorra cada año con el televisor nuevo?
  2. b) ¿Cuántos años tardará el ahorro en compensar el precio del televisor?
  3. c) ¿Crees que vale la pena el cambio? Razona tu respuesta con los datos.
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Hábitos y horarios que ahorran

Ahorrar no es solo comprar aparatos nuevos. También cuenta cuánto y cuándo los usas.

  • Consumo en espera: televisores, cargadores y consolas conectados siguen gastando poca potencia, pero las $24$ horas.

  • Olvidos: una luz encendida de más es energía que pagas sin usar.

  • Tarifas por horario: algunas tarifas cobran distinto según la hora del día. El procedimiento es el mismo: energía por precio del horario.

Practica★★☆Sin empezar
Una lámpara LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que una ampolleta antigua de $60\ \text{W}$, y ambas están encendidas $5\ \text{h}$ al día. a) Calcula la energía que…

Una lámpara LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que una ampolleta antigua de $60\ \text{W}$, y ambas están encendidas $5\ \text{h}$ al día.

  1. a) Calcula la energía que consume cada una en un mes de $30$ días, en $\text{kWh}$.
  2. b) Con el $\text{kWh}$ a $200\ \text{\$/kWh}$, ¿cuánto dinero se ahorra al mes con la LED?
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Practica★★☆Sin empezar
Nos vamos de la casa un día entero y dejamos encendida por error una lámpara de $100\ \text{W}$ durante $10\ \text{h}$. a) ¿Cuántos $\text{kWh}$ ha consumido? b) ¿Cuánto…

Nos vamos de la casa un día entero y dejamos encendida por error una lámpara de $100\ \text{W}$ durante $10\ \text{h}$.

  1. a) ¿Cuántos $\text{kWh}$ ha consumido?
  2. b) ¿Cuánto dinero hemos desperdiciado, a $200\ \text{\$/kWh}$?
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Practica★★★Sin empezar
En la casa de Nico, los aparatos en espera (el televisor apagado con la lucecita roja, los cargadores enchufados, la consola en reposo...) consumen $20\ \text{W}$ de…

En la casa de Nico, los aparatos en espera (el televisor apagado con la lucecita roja, los cargadores enchufados, la consola en reposo...) consumen $20\ \text{W}$ de forma continua, las $24\ \text{h}$.

  1. a) ¿Cuánta energía gastan al día, en $\text{kWh}$?
  2. b) ¿Cuántos $\text{kWh}$ gastan en un año de $365$ días?
  3. c) ¿Cuánto dinero se ahorraría al año desconectándolos, a $200\ \text{\$/kWh}$?
  4. d) ¿Te parece un ahorro importante? Justifica tu opinión con los datos.
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Tarifas y cuenta de la luz

Una cuenta se reduce a $\text{costo} = E \times \text{precio}$. Si el precio cambia según el horario (por ejemplo, un precio de punta y otro de valle), calcula cada caso por separado y compara. Para un porcentaje de ahorro, calcula primero cuántos $\text{kWh}$ representa ($\%$ del consumo) y después su costo.

Practica★★★Sin empezar
La tarifa de luz de la casa tiene dos precios: $300\ \text{\$/kWh}$ en horario punta y $100\ \text{\$/kWh}$ en horario valle. La lavadora, de $2\ \text{kW}$, hace un…

La tarifa de luz de la casa tiene dos precios: $300\ \text{\$/kWh}$ en horario punta y $100\ \text{\$/kWh}$ en horario valle. La lavadora, de $2\ \text{kW}$, hace un programa de $2\ \text{h}$.

  1. a) ¿Cuánto cuesta ponerla en horario punta?
  2. b) ¿Y en horario valle?
  3. c) Si se ponen $12$ lavadoras al mes, ¿cuánto se ahorra al mes haciéndolas siempre en horario valle?
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Practica★★★Sin empezar
En la cuenta de este mes aparecen $240\ \text{kWh}$ consumidos a $200\ \text{\$/kWh}…

En la cuenta de este mes aparecen $240\ \text{kWh}$ consumidos a $200\ \text{\$/kWh}$.

  1. a) ¿Cuánto cuesta la energía consumida?
  2. b) La familia ajusta el termostato del calefón eléctrico y consigue reducir el consumo un $25\ \%$: ¿cuántos $\text{kWh}$ ahorra al mes?
  3. c) ¿Cuánto dinero supone ese ahorro en un año?
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No sobrecargar la instalación

Barras apiladas de una plancha de 1.500 W y una estufa de 1.000 W comparadas con el máximo de 2.200 W de la instalación: la suma, 2.500 W, lo supera. plancha 1.500 W estufa 1.000 W máximo 2.200 W suma: 2.500 W supera el máximo exceso: 300 W

Vuelve al principio: un horno de $2.500\ \text{W}$ consume en una hora $2{,}5\ \text{kWh}$, unos $\$500$ a $\$200$ por $\text{kWh}$. Una ampolleta LED de $10\ \text{W}$ tendría que estar encendida $250$ horas seguidas para gastar lo mismo. Tiene más potencia, pero la cuenta de la luz depende también del tiempo.

Resumen

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