Ejercicios: Potencia y consumo eléctrico

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

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

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

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

1. a) ¿Cuánta energía consume, en vatios-hora?
2. b) Exprésala en kilovatios-hora.

Un calentador eléctrico de $1150\ \text{W}$ se conecta a la red de $230\ \text{V}$. ¿Qué intensidad pasa por él?

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

¿Cuál transforma más energía eléctrica cada segundo?

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

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 factura de la luz? ¿Por qué?

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 kilovatios.
2. b) Calcula la energía que consume en el mes, en $\text{kWh}$.
3. c) Si el precio es de $0.20\ \text{\$/kWh}$, ¿cuánto cuesta ese uso?

Una lámpara LED de $10\ \text{W}$ da la misma luz que un bombillo antiguo de $60\ \text{W}$, y ambos están encendidos $5\ \text{h}$ al día.

1. a) Calcula la energía que consume cada uno en un mes de $30$ días, en $\text{kWh}$.
2. b) Con el $\text{kWh}$ a $0.20\ \text{\$/kWh}$, ¿cuánto dinero se ahorra al mes con la LED?

Un horno de $2300\ \text{W}$ está conectado a la red de $230\ \text{V}$.

1. a) ¿Qué intensidad pasa por él?
2. b) El enchufe y el cable de la cocina aguantan hasta $16\ \text{A}$: ¿hay peligro de sobrecarga usando solo el horno? Justifica tu respuesta.

Una estufa eléctrica de vitrocerámica 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 $0.20\ \text{\$/kWh}$?

Nos vamos de 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 $0.20\ \text{\$/kWh}$?

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

1. a) ¿Cuántos $\text{kWh}$ se ahorran cada año con el nuevo?
2. b) ¿Cuánto dinero supone ese ahorro a $0.20\ \text{\$/kWh}$?

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 $0.20\ \text{\$/kWh}$.

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 un foco de $10\ \text{W}$? Justifica por qué dura más con uno que con otro.

En casa de Lucía se usan cada día: un horno de $2\ \text{kW}$ durante $1\ \text{h}$, diez bombillas 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 cosa al día.
2. b) ¿Cuántos $\text{kWh}$ se consumen en total en un mes de $30$ días?
3. c) ¿A cuánto asciende la factura del mes a $0.20\ \text{\$/kWh}$?

En casa de Nico, los aparatos en espera (el televisor apagado con la luz roja, los cargadores conectados, 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 $0.20\ \text{\$/kWh}$?
4. d) ¿Te parece un ahorro importante? Justifica tu opinión con los datos.

La instalación eléctrica de una vivienda admite como máximo $3450\ \text{W}$ a la vez; si se supera, salta el interruptor de control y se va la luz. La red es de $230\ \text{V}$. La figura compara la potencia de los aparatos con ese máximo.

1. a) ¿Qué intensidad máxima permite la instalación?
2. b) ¿Podemos usar a la vez el horno ($2300\ \text{W}$) y la lavadora ($2000\ \text{W}$)? Justifícalo con números.
3. c) ¿Y el horno junto con el microondas ($1150\ \text{W}$)?

La tarifa de electricidad de casa tiene dos precios: $0.30\ \text{\$/kWh}$ en hora pico y $0.10\ \text{\$/kWh}$ en hora de menor demanda. La lavadora, de $2\ \text{kW}$, hace un programa de $2\ \text{h}$.

1. a) ¿Cuánto cuesta ponerla en hora pico?
2. b) ¿Y en hora de menor demanda?
3. c) Si se ponen $12$ lavadoras al mes, ¿cuánto se ahorra al mes haciéndolas siempre en hora de menor demanda?

Daniela dice: «Mi secadora de pelo 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 de la secadora de pelo.
3. c) Si la secadora de pelo es de $2000\ \text{W}$ y se usa durante $15\ \text{min}$, ¿cuánta energía consume, en $\text{kWh}$?

Un televisor antiguo consume $300\ \text{kWh}$ al año y uno nuevo, de tecnología LED, $100\ \text{kWh}$ al año. El televisor nuevo cuesta $\$400$ y el $\text{kWh}$ está a $0.20\ \text{\$/kWh}$.

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.

¿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 bombillas 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 $0.20\ \text{\$/kWh}$.

En la factura de este mes aparecen $240\ \text{kWh}$ consumidos a $0.20\ \text{\$/kWh}$.

1. a) ¿Cuánto cuesta la energía consumida?
2. b) La familia ajusta el termostato del calentador de agua eléctrico y consigue reducir el consumo un $25\ \%$: ¿cuántos $\text{kWh}$ ahorra al mes?
3. c) ¿Cuánto dinero supone ese ahorro en un año?

Reto del tema. ¡Conviértete en auditor energético de tu propia casa! Investiga el consumo eléctrico de tu hogar para diseñar una propuesta de ahorro realista:

1. Magnitudes y ley de Ohm: Elige $3$ aparatos conectados a la red ($V = 230\text{ V}$). Anota la potencia nominal ($P$) indicada en sus etiquetas y calcula la intensidad ($I = P/V$) y la resistencia ($R = V/I$) de cada uno.

2. Experimento y tratamiento de datos: Mide con el cronómetro del celular el tiempo de funcionamiento de uno de ellos (p. ej., secadora de pelo o microondas) en $4$ usos distintos, considerando una incertidumbre de $t \pm 0.5\text{ s}$. Elabora una tabla con los tiempos y la energía consumida ($E = P \times t$, en $\text{kWh}$) y dibuja a mano la gráfica $E$ frente a $t$.

3. Circuito y factura real: Justifica por qué los tomacorrientes de tu casa están conectados en paralelo y calcula la $R_{\text{eq}}$ si funcionaran a la vez. Consulta en la página web de la EIA (U.S. Energy Information Administration) o en la factura de tu compañía eléctrica el precio de la electricidad ($\$/\text{kWh}$) y calcula el costo semanal si se usan $1.5\text{ h}$ al día.

Presenta tus resultados en un informe breve con una propuesta razonada de eficiencia.

Se valorará:

• Aplicación rigurosa de la ley de Ohm, potencias y cálculo de $R_{\text{eq}}$ en paralelo.

• Tratamiento de datos experimentales: tabla, gráfica e inclusión de la incertidumbre ($\pm 0.5\text{ s}$).

• Uso correcto de datos reales de la EIA o de tu factura y coherencia de las medidas de ahorro propuestas.