Volver a la portadaFísica · 5.° año de Educación Media General · Cambiar asignatura
Empezar gratis
5to año · Física
La energía · Los circuitos eléctricos

Potencia y consumo eléctrico

Una plancha y un bombillo LED transforman electricidad en otra cosa (calor, luz). La plancha lo hace "a lo bruto" y el bombillo casi sin gastar. En una casa de Maracaibo, cuando el aire acondicionado pasa el día encendido, el recibo de la luz se nota enseguida. Esa diferencia se llama potencia, y es la que explica por qué algunos aparatos disparan el recibo de la luz y otros casi no se notan.

La potencia: energía cada segundo

Si tocas un bombillo LED de $10\ \text{W}$ y un calefactor de $2.000\ \text{W}$ conectados al mismo tomacorriente, el calefactor desprende muchísimo calor en segundos y el bombillo 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: un bombillo 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) bombillo LED 10 W secador 1.500 W televisor 100 W horno 2.500 W

Fíjate en que el vatio es energía por segundo: un horno de $2.500\ \text{W}$ transforma $2.500\ \text{J}$ cada segundo. El bombillo LED es un cuadradito casi invisible: su potencia es 250 veces menor. En Venezuela la red doméstica es de $120\ \text{V}$ y $60\ \text{Hz}$; los aparatos grandes, como la cocina eléctrica o el aire acondicionado, suelen conectarse a unos $240\ \text{V}$. 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 vatios.

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

Resolver
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?

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
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…

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.

5001000150020002500 P (W) 2500 W10 W100 W1500 W hornoLEDtelevisorsecador

¿Cuál transforma más energía eléctrica cada segundo?

Resolver

Potencia disipada y resistencia

A $120\ \text{V}$ fijos, $P = V \cdot I$ y $V = I \cdot R$ dan $R = V/I$: el aparato que deja pasar menos corriente ofrece más resistencia. Un bombillo de $10\ \text{W}$ toma unos $0{,}08\ \text{A}$ ($R = 1.440\ \Omega$), un calefactor de $1.200\ \text{W}$ toma $10\ \text{A}$ ($R = 12\ \Omega$). Más potencia, menos resistencia.

Si conoces la resistencia, sustituye $V = I \cdot R$ en $P = V \cdot I$ y obtienes $P = I^2 \cdot R$; también $P = V^2/R$. Un calefactor de $R = 12\ \Omega$ por el que pasan $10\ \text{A}$ disipa $P = 10^2 \times 12 = 1.200\ \text{W}$. Con la otra forma: $P = 120^2/12 = 1.200\ \text{W}$, el mismo resultado.

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

De la potencia a la intensidad

En la etiqueta de un horno microondas solo lees «$120\ \text{V}$» y «$1.200\ \text{W}$». Necesitas saber cuántos amperios circularán por el cable para no sobrecargar una extensión: ¿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 operación que queda P = V · I V = P / I I = P / V
Practica★☆☆Sin empezar
Un radiador eléctrico de $1150\ \text{W}$ se conecta a la red de $230\ \text{V}$. ¿Qué intensidad pasa por él?

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

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Un horno de $2300\ \text{W}$ está conectado a la red de $230\ \text{V}$. a) ¿Qué intensidad pasa por él? b) El tomacorriente y el cable de la cocina aguantan hasta…

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 tomacorriente y el cable de la cocina aguantan hasta $16\ \text{A}$: ¿hay peligro de sobrecarga usando solo el horno? Justifícalo.
Resolver

Potencia y energía no son lo mismo

Un secador de $2.000\ \text{W}$ usado diez minutos apenas mueve el medidor, mientras que una nevera de solo $150\ \text{W}$, encendida día y noche, pesa mucho en el recibo. ¿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

También se usa el vatio-hora ($\text{Wh}$): $1\ \text{Wh} = 1\ \text{W} \times 1\ \text{h}$, y $1\ \text{kWh} = 1.000\ \text{Wh}$. Por ejemplo, un bombillo de $20\ \text{W}$ encendido $3\ \text{h}$ consume $20 \times 3 = 60\ \text{Wh} = 0{,}06\ \text{kWh}$.

Practica★☆☆Sin empezar
En el recibo 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…

En el recibo 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 $1\ \text{kWh}$.

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

Un bombillo de $100\ \text{W}$ permanece encendido durante $10\ \text{h}$.

  1. a) ¿Cuánta energía consume, en vatios-hora?
  2. b) Exprésala en kilovatios-hora.
Resolver
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 $\text{kWh}$.

Resolver

Distinguir potencia de energía

Una batería para acampar 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 una nevera portátil de $50\ \text{W}$? b) ¿Y un bombillo de $10\ \text{W}$?…

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

  1. a) ¿Cuántas horas puede alimentar una nevera portátil de $50\ \text{W}$?
  2. b) ¿Y un bombillo de $10\ \text{W}$? Justifica por qué dura más con una que con otro.
Resolver
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 $\text{kWh}$?
Resolver

El costo en el recibo de luz

En Venezuela, la empresa eléctrica de tu zona cobra por los $\text{kWh}$ consumidos, y en el recibo de electricidad pueden aparecer además cargos e impuestos como el IVA del $16\ \%$. El recibo suele ser mensual. El precio por $\text{kWh}$ depende de la tarifa y de cuánto consumas. En los problemas usaremos precios de ejemplo en dólares, no cifras oficiales.

Esquema del cálculo del costo: la energía en kWh multiplicada por el precio de cada kWh da el importe en dólares. energía 72 kWh × precio $0,20/kWh = costo $14,40 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 kilovatios. b) Calcula la energía que consume…

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?
Resolver
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 $0,20\ \text{\$/kWh}$?
Resolver
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 $0,20\ \text{\$/kWh}$.
Resolver

Consumo de toda la casa

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

Practica★★★Sin empezar
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 una nevera de…

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 una nevera 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 $0,20\ \text{\$/kWh}$?
Resolver
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 bombillas 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 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 $0,20\ \text{\$/kWh}$.
Resolver

Ahorrar energía: comparar aparatos

Muchas neveras, lavadoras y otros electrodomésticos traen una etiqueta de eficiencia energética (con clases de la A a la G); también los bombillos LED se venden por su bajo consumo. 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 el recibo de luz.

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

En la etiqueta energética de una nevera 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? ¿Por qué?
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
La etiqueta de una nevera nueva indica un consumo de $150\ \text{kWh}$ al año, mientras que la vieja de casa gasta $450\ \text{kWh}$ al año. a) ¿Cuántos $\text{kWh}$ se…

La etiqueta de una nevera nueva indica un consumo de $150\ \text{kWh}$ al año, mientras que la vieja de casa gasta $450\ \text{kWh}$ al año.

  1. a) ¿Cuántos $\text{kWh}$ se ahorran cada año con la nueva?
  2. b) ¿Cuánto dinero supone ese ahorro a $0,20\ \text{\$/kWh}$?
Resolver
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 $\$400$ 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 $\$400$ 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.
Resolver

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 un bombillo antiguo de $60\ \text{W}$, y ambos están encendidos $5\ \text{h}$ al día. a) Calcula la energía que…

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?
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Nos vamos de 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 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 $0,20\ \text{\$/kWh}$?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
En casa de Nico, los aparatos en espera (el televisor apagado con el piloto rojo, los cargadores enchufados, la consola en reposo...) consumen $20\ \text{W}$ de forma…

En casa de Nico, los aparatos en espera (el televisor apagado con el piloto rojo, 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 $0,20\ \text{\$/kWh}$?
  4. d) ¿Te parece un ahorro importante? Justifica tu opinión con los datos.
Resolver

De dónde viene la electricidad

En Venezuela, gran parte de la electricidad se produce en la central hidroeléctrica Simón Bolívar, en Guri, sobre el río Caroní. El resto sale de plantas termoeléctricas, que queman gas o derivados del petróleo, y en menor medida de la energía solar y eólica.

  • Hidroeléctrica: usa la caída del agua; no quema combustible, pero el embalse inunda terreno y cambia el ecosistema del río.

  • Termoeléctrica: quema combustible y emite dióxido de carbono ($\text{CO}_2$) a la atmósfera.

  • Solar y eólica: casi no emiten gases mientras funcionan, pero dependen del sol y del viento.

Practica★★☆Sin empezar
Nos vamos de 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 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 $0,20\ \text{\$/kWh}$?
Resolver

Tarifas y recibo

Un recibo se reduce a $\text{costo} = E \times \text{precio}$. Si el precio cambia según el horario (por ejemplo, un precio de hora pico y otro de hora 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: $0,30\ \text{\$/kWh}$ en hora pico y $0,10\ \text{\$/kWh}$ en hora valle. La lavadora, de $2\ \text{kW}$, hace un programa…

La tarifa de luz de la casa tiene dos precios: $0,30\ \text{\$/kWh}$ en hora pico y $0,10\ \text{\$/kWh}$ en hora valle. 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 valle?
  3. c) Si se ponen $12$ lavadoras al mes, ¿cuánto se ahorra al mes haciéndolas siempre en hora valle?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
En el recibo de este mes aparecen $240\ \text{kWh}$ consumidos a $0,20\ \text{\$/kWh}…

En el recibo 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 eléctrico y consigue reducir el consumo un $25\ \%$: ¿cuántos $\text{kWh}$ ahorra al mes?
  3. c) ¿Cuánto dinero supone ese ahorro en un año?
Resolver

No sobrecargar la instalación

Barras apiladas de una plancha de 1.200 W y un secador de 1.000 W comparadas con el máximo de 1.800 W de la instalación: la suma, 2.200 W, lo supera. plancha 1.200 W secador 1.000 W máximo 1.800 W suma: 2.200 W supera el máximo exceso: 400 W
Practica★★★Sin empezar
La instalación eléctrica de una vivienda admite como máximo $3450\ \text{W}$ a la vez; si se supera, salta el interruptor de control (el breaker) y se va la luz. La red…

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

1000200030004000 P (W) 2300 W2000 W1150 W hornolavadoramicroondas máximo 3450 W
  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 ($1150\ \text{W}$)?
Resolver

Vuelve al principio: un horno de $2.500\ \text{W}$ consume en una hora $2{,}5\ \text{kWh}$, unos $\$0{,}50$ a $\$0{,}20$ por $\text{kWh}$. Un bombillo LED de $10\ \text{W}$ tendría que estar encendido $250$ horas seguidas para gastar lo mismo. Tiene más potencia, pero el recibo depende también del tiempo: por eso, en una casa de Maracaibo, el aire acondicionado, con mucha potencia y muchas horas de uso, es lo que más pesa en el recibo.

Resumen

Ver todos los ejercicios de este apartado