Las Magnitudes del «Problema»

Por Javier Amador Sala
analogía del agua y magnitudes eléctricas, Las Magnitudes del «Problema», Watt Electric, Watt Electric

Un sistema eléctrico doméstico se puede comparar con el sistema de plomería de un hogar. La corriente eléctrica fluye en los cables de la misma forma que el agua fluye dentro de las tuberías. Tanto la electricidad como el agua ingresan a la casa y se distribuyen a través de esta “haciendo su trabajo” hasta que vuelven a salir.

En las tuberías, el agua fluye a través del sistema de suministro a presión; en electricidad, la corriente fluye a lo largo de cables vivos. La corriente que fluye a lo largo de los cables vivos también está presurizada y esta “presión eléctrica” se llama voltaje.

Las tuberías de suministro grandes pueden transportar un mayor volumen de agua que las tuberías pequeñas; del mismo modo, que los cables eléctricos más gruesos transportan más corriente que los cables más finos. Esta capacidad de transporte de corriente eléctrica de los cables se denomina ampacidad.

En el hogar, el agua que está disponible se “consume” a través de los grifos mientras que la electricidad se “consume” a través de receptáculos, interruptores, etc. Decimos que se “consume” porque, el agua finalmente sale de la casa a través de un sistema de drenaje que no está presurizado; del mismo modo, que la corriente eléctrica fluye de regreso a través de cables neutros. La corriente en los cables neutros no está presurizada, o sea, está a cero voltios; sin embargo, no asuma que el neutro está a cero voltios.

Si en cable neutro en cuestión forma parte de un circuito eléctrico cerrado, varios defectos o condiciones pueden poner voltaje en él, así que trátelo como un cable vivo hasta que demuestre lo contrario, midiéndolo con un detector de voltaje o un multímetro.

De cualquier forma, las normas de seguridad exigen trabajar las instalaciones eléctricas sin tensión. Si se llegase a interrumpir el neutro en un circuito energizado, se corre el riesgo de sufrir un choque eléctrico al entrar en contacto con el mismo. En otras palabras, cualquier cable por el que circule corriente es peligroso; es mejor solicitar el servicio de un técnico o especialista.

Voltaje, Corriente, Potencia y Resistencia

Las cuatro magnitudes físicas básicas en electricidad son el Voltaje (V), la Corriente (I), la Resistencia (R) y la Potencia (P). Cada una de estas cantidades se mide con su propia unidad: el voltaje se mide en voltios (V), la corriente en amperios (A), la resistencia en ohmios (Ω) y la potencia en vatios (W); todas estas unidades se escriben en mayúsculas pues han sido nombradas en honor a iconos de la ciencia como Alessandro Volta, Andrè-Marie Ampère, Georg Simon Ohm y James Watt.

¿Qué son los vatios?

Hay dos conceptos en juego, distintos, pero relacionados: energía y potencia. Por un lado, la energía eléctrica se consume cuando de forma efectiva se realiza un trabajo con ella.

Así como necesitamos cierta cantidad de energía para mover un cubo de agua de un lugar a otro, un motor necesita cierta cantidad de energía eléctrica para hacer el mismo trabajo. La diferencia radica en la eficiencia, es decir, la cantidad de energía que requerimos nosotros para respirar, cargar el cubo y movernos durante el tiempo que efectuamos ese trabajo, y la cantidad de energía que necesita el motor para girar y bombear esa agua.

La energía, el trabajo y la potencia están estrechamente relacionados. Aunque solemos hablar del “consumo” de energía, realmente esta nunca se destruye: solo se transfiere de una forma a otra y realiza un trabajo en el proceso. Cuando decimos que un aparato eléctrico tiene cierta potencia, nos referimos a la habilidad de convertir la energía eléctrica a otro tipo de energía, haciendo un trabajo en un tiempo determinado.

A menudo se mide la potencia de los motores eléctricos en caballos de fuerza (Horse Power o HP, por sus siglas en inglés), pero el caballo como unidad de potencia fue definido por James Watt para promocionar su máquina de vapor, y representa, de forma aproximada, la potencia que es capaz de desarrollar dicho animal.

En términos eléctricos la potencia se suele medir en múltiplos del vatio: la castellanización de Watt, que es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades y llamada así en honor a James Watt. Los más comunes son el kilovatio (abreviadamente kW, equivalente a mil vatios), el megavatio (que se abrevia MW y equivale a un millón de vatios o a mil kW, como se prefiera) y el gigavatio (que se abrevia GW, y es como se mide habitualmente la potencia de generación de un país).

La energía que se necesita para una hornilla de 1100 W (1,1 kW) en una vivienda puede ser calculada multiplicando la potencia por el tiempo en horas que esta permanezca encendida. Esto es, kilovatios multiplicados por horas o abreviadamente kilovatios-hora (kWh), y es la medida en la que se registra el consumo eléctrico en los metros contadores de nuestras casas.

Si queremos calcular la energía eléctrica empleada para hacer funcionar nuestra hornilla de 1,1 kW, por ejemplo, durante 2 horas, basta con multiplicar 1,1 kW por 2 horas, resultando 2,2 kilovatios-hora o lo que es lo mismo 2,2 kWh y que se verán reflejados en el metro contador.

Otro ejemplo (hipotético): si ponemos a hervir un jarro de agua en una hornilla de 1 kW (1000 W), en 6 min (0,1 horas) habrá “consumido” 0.1 kWh (que realmente no se consumen; se transforma la energía eléctrica en energía térmica).

¿Qué son los voltios?

Los voltios son la unidad base utilizada para medir la tensión eléctrica o voltaje, y que en Cuba comúnmente relacionamos como “la 110” y “la 220”.

Si retomamos la analogía del agua, la presión con la que se impulsa el agua a través de las tuberías, no es más que el voltaje con el que se impulsa la electricidad a través de los cables de una casa. A mayor cantidad de presión (voltaje), será mayor la cantidad de agua (por ejemplo, en litros) de la que podremos disponer en cada instante, o sea, mayor cantidad de energía eléctrica.

Los voltajes más conocidos son los 12V de la batería de un carro, los 5V con los que cargamos el celular, los 110 V con los que se alimentan la mayoría de los equipos en casa y por ejemplo las baterías de 1,5 volts AA y AAA que usamos en los controles remotos, timbres inalámbricos, relojes, etc.

Un voltio se define como la “diferencia en el potencial eléctrico entre dos puntos de un cable conductor cuando una corriente eléctrica de un amperio disipa un vatio de potencia entre esos puntos”. El voltio lleva el nombre del físico italiano Alessandro Volta.

¿Qué son los amperios?

El amperio, a menudo acortado a “Amp” o A, es la unidad base de la corriente eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades y lleva el nombre del matemático y físico francés Andrè-Marie Ampère, considerado el padre de la electrodinámica.

 

Los amperios miden la intensidad de una corriente eléctrica. En la analogía del agua, los amperios sirven para decirnos la cantidad de energía (¿cuántos litros de agua?) que se ha movido entre un punto y otro durante un espacio de tiempo.

Esto aplica a los circuitos eléctricos de la instalación de una casa y lo puedes ver comúnmente en todo lo que te rodea; por ejemplo, para medir la capacidad de las baterías eléctricas: una batería de 10 Ah (amperio-hora) puede proporcionar un máximo de 10 amperios durante una hora. Cuantos más amperios, más electrones circularán (o más litros de agua circularán por las tuberías). El amperio-hora (símbolo Ah) expresa cuánta energía puede circular por un determinado circuito durante una hora y se usa para medir la capacidad de las baterías eléctricas.

Eso significa, que si la batería de tu móvil tiene alrededor de 3 amperios-hora (3000 mA), esta se agotará en cuanto llegue a este límite; similar a decir que un tanque de 3000 litros de agua puede proporcionarnos agua hasta que se agote el último litro, y esto podría ser, por ejemplo, a una razón de 10 litros-hora.

Otras analogías

Si aún no te ha quedado claro, o si la analogía hidráulica y la plomería no te ha sido suficiente, te proponemos pienses en un río:

  • El voltaje (medido en voltios, V) sería la pendiente del río, la diferencia de altura que hace que el río fluya de las montañas al mar. Sin diferencia de altura, el agua se quedaría estancada. Lo mismo pasa con la electricidad: sin voltaje no hay corriente.
  • Los amperios (intensidad) serían el caudal de agua, los litros que bajan por ese río. Obviamente, es fundamental decidir si quieres medirlo por minuto, por día o por hora con el amperio-hora.
  • Los vatios (potencia) serían la energía que lleva la corriente, la cual depende tanto de la pendiente como del caudal. Mucho voltaje y mucha intensidad darán lugar a una gran potencia que podría ser aprovechada por una central hidroeléctrica.

¿Qué son los ohmios?

Bueno, así como el voltaje se mide en voltios, la corriente se mide en amperios y la potencia se mide en vatios; la resistencia se mide en ohmios y es en honor al físico alemán Georg Simon Ohm (1789-1854), autor de la Ley de Ohm.

Los ohmios son la unidad de medida de la resistencia eléctrica, y se define como la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor.

Si volvemos a aplicar la analogía hidráulica y las tuberías, entonces; si tenemos una bomba de agua que ejerce presión (voltaje) para impulsar el agua a través de las tuberías (corriente), la resistencia que ofrecen las tuberías al paso del agua es similar a la resistencia que ofrecen los conductores al paso de la corriente.

Cualquier electrodoméstico o componente eléctrico que conectamos a un circuito, tiene un valor de resistencia. Hasta un cable ofrece resistencia a la corriente eléctrica y esta varía en dependencia del material, el grosor, la temperatura y la longitud del mismo; por ejemplo, un cable de cobre ofrece una resistencia insignificante con respecto a la resistencia que ofrece una bombilla incandescente de 100W y a menor resistencia, mayor cantidad de corriente.

En conclusión

Después de leer este artículo que hemos preparado especialmente para ti, esperamos que todo resulte más claro y comprendas mejor la diferencia entre el Voltaje (V), la Corriente (I), la Resistencia (R) y la Potencia (P) y sus unidades de medida; el voltio (V), el amperio (A), el ohmio (Ω) y el vatio (W).

La analogía hidráulica que hemos empleado para explicarte de forma sencilla y sin recurrir a tecnicismos no es un procedimiento creado por nosotros, de hecho, fue inventado por el físico británico Oliver Joseph Lodge (1851-1940) con su Teoría de los Desagües, y comúnmente se utiliza para simular mediante dispositivos hidráulicos, el comportamiento de la corriente en un circuito eléctrico; pero, aunque sea muy útil para este propósito, hay que aclarar que esta analogía tiene sus límites y si se llevan demasiado lejos, puede inducir conceptos erróneos, así que se debe ser consciente de las condiciones en las que la electricidad y el agua se comportan de manera muy diferente.

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