Ley de Watt: ¿Qué es? Definición, formulas, ejemplos y ejercicios resueltos.
Hola, ¿Cómo estás? Espero que te encuentres excelente, me da gusto saludarte, espero que estés listo, pues hoy te hablaré sobre uno de los temas esenciales dentro del mundo de la electricidad: la LEY DE WATT. Si ya conoces un poco de circuitos eléctricos y electrónicos, sabes que es muy importante conocer esta ley.
El objetivo al final de este artículo es que sepas con detalle qué es la ley de Watt y, sobre todo, sepas realizar toda la parte matemática que contiene este tema, algo esencial para avanzar a temas que pueden ser superiores a este.
¿Qué es lo que vas a aprender? Bueno, como lo he hecho en otros posts, empezaremos desde lo más básico, como las definiciones de algunos conceptos, hasta lo mas complejo, como los cálculos y la explicación de las formulas de la ley de Watt. Descuida, que todo será muy sencillo y confío en que será pan comido.
Sin más preámbulo, vayamos a conocer la ley de watt. 💡
Tabla de contenido
¿Qué es la ley de Watt?
Para desarrollar mejor este tema desde el comienzo, definamos qué es y qué es lo que dice la ley de Watt:
La ley de Watt es una ley aplicable a los circuitos eléctricos y hace referencia a la cantidad de potencia que estos tienen. Esta ley nos dice lo siguiente:
“La potencia consumida por una carga o elemento del circuito es directamente proporcional al producto entre el voltaje del circuito y la corriente que circula a través de él”.
De esta definición podemos rescatar la influencia de dos elementos importantes en esta ley: el voltaje y la corriente con la que se encuentra trabajando el circuito, los cuales entran en juego gracias al resultado de su producto; de esta premisa te puedes dar una idea de cómo va la formula de la ley de Watt, que ya veremos en apartados posteriores.
Otra cosa que vale la pena recordar en esta definición, es que la unidad de potencia es el Watt (W), equivalente a 1 Joule/segundo.
Finalmente, la potencia es uno de los elementos más importantes que debes conocer si quieres tener una mayor claridad sobre cómo funciona la electricidad en muchos circuitos eléctricos y electrónicos. El concepto de potencia, explicado de una forma sencilla, indica que tan rápido una carga puede convertir energía eléctrica en otra forma de energía. Más adelante recordaremos un poco más sobre la potencia.
Ahora que ya tuvimos este primer acercamiento con la ley de Watts, recordemos algunos conceptos básicos en el siguiente apartado.
Conceptos básicos relacionados a la ley de Watt
Como pudiste haberte dado cuenta gracias al apartado anterior, la ley de watt tiene algunos conceptos básicos que son importante entender. El objetivo de este apartado es recordar la definición y algunas características inherentes del voltaje, la corriente eléctrica y la potencia.
Al final, esto es mucho más importante de lo que puede lucir, pues más adelante definiremos algunas expresiones matemáticas que contienen los conceptos que estamos por ver. Veamos que nos dice cada uno de ellos a continuación.
¿Qué es el voltaje?
Recordemos rápidamente que el voltaje se define de la siguiente forma:
“El voltaje es la diferencia de potencial que existe entre dos puntos en un campo eléctrico”.
Así de sencilla es la definición de voltaje, pero si estuviéramos buscando maneras de explicarlo de forma mucho mas sencilla, te diría que es la magnitud física (fuerza) que es causante de la corriente eléctrica, pues el voltaje es el impulsor de los electrones a través de un circuito eléctrico cerrado.
El voltaje tiene una unidad de medida representada como volts o voltios en otros países, y se simboliza como una V.
Dentro de este concepto, también existen clasificaciones o tipos de voltajes:
- Voltaje inducido.
- Voltaje alterno (VA).
- Voltaje directo.
- Voltaje continuo.
El cálculo más utilizado es el del voltaje en componentes pasivos, la cual se calcula con ayuda de la famosa ley de Ohm y la expresión es la siguiente:
Donde:
V = Voltaje en volts.
R = Resistencia, en ohms.
I = intensidad de corriente, en amperes.
¿Qué es la corriente?
Dentro de la ley de Watt también se encuentra en juego la corriente eléctrica, el cual es un concepto que se define de la siguiente forma:
“La corriente eléctrica es el movimiento de una carga eléctrica que atraviesa un material conductor o semi conductor durante un lapso determinado”.
Como vimos hace unos instantes, el voltaje es quien se encarga de impulsar a la corriente eléctrica. La relación entre estos dos conceptos es muy estrecha, pues en forma de analogía hablamos de un rio: la intensidad es la cantidad de agua que viaja por ese rio mientras que el voltaje es la presión con la que viaja el agua.
La intensidad de esta corriente se mide en Coulomb por segundo (C/s) en el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de medida son los amperes y se simboliza con la letra A.
El origen de este fenómeno se debe gracias al movimiento de electrones (o cargas libres) que están en un material conductor que, a su vez, puede encontrarse en un circuito eléctrico; si este circuito es cerrado, la carga eléctrica fluye de negativo a positivo.
Como en el caso del voltaje, también existen diferentes tipos de corriente eléctrica, dependiendo de la temporalidad y sentida de esta. A continuación, te presento rápidamente estas variantes:
- Corriente continua (CC): es aquella que tiene un flujo continuo de carga eléctrica a través de dos puntos de diferente voltaje y carga.
- Corriente alterna (CA): la corriente alterna se caracteriza por poseer cambios en su magnitud y dirección en intervalos regulares de tiempo. Es el tipo de corriente que se usa en nuestras casas para echar a andar la lavadora, la plancha, la televisión o para cargar nuestros dispositivos.
Al igual que en voltaje, utilizamos la ley de Ohm para calcular la intensidad de corriente eléctrica. Esto lo puedes hacer de la siguiente forma:
Donde:
I = intensidad de corriente eléctrica, en amperes.
V = voltaje, en volts.
R = resistencia del circuito, en ohms.
¿Qué es la potencia?
Finalmente tenemos a la potencia eléctrica, la cual se define de la siguiente forma:
“La potencia eléctrica es la proporción en una unidad de tiempo en la que la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico”.
Aquí en México la potencia eléctrica se mide en Watts (W), pero quizás en otros sitios te encuentres a esta unidad como vatio (W), que es prácticamente lo mismo, para que no te confundas. A partir de la unidad del Watt, podemos tener otras unidades, como el kilowatt (kW) o el megawatt (MW).
Para la potencia eléctrica también tenemos diferentes tipos de potencia además de su definición general:
- Potencia activa.
- Potencia reactiva.
- Potencia aparente.
Si te interesa saber mas sobre estos tipos de potencia, te invito a leer los artículos donde te explico cada una de ellas, verás que vas a aprender muchísimo.
Ahora que ya tenemos un resumen de todos los conceptos que necesitamos para conocer bien a la ley de Watt, pasemos a conocer sus expresiones matemáticas, que serán los últimos dos apartados en esta parte teórica.
Formulas de la ley de Watt
Ya que nos hemos familiarizado con los conceptos relaciones a la ley de Watt, veamos las ecuaciones con las que podemos obtener la ley de Watt.
Empecemos con la ecuación esencial: la de potencia. Para calcular esta magnitud, podemos hacer uso de la siguiente ecuación:
Donde:
P = potencia.
V = voltaje.
I = intensidad de corriente.
En otras fuentes también puedes encontrar la formula anterior de la siguiente forma, aunque es prácticamente lo mismo:
Como vimos en la definición de la ley de Watt, la potencia consumida por un elemento del circuito o por una carga es proporcional al voltaje suministrado y a la corriente que viaja a través de dicho circuito.
Sin embargo, también pueden encontrarte en el caso donde solo se tiene el valor de la resistencia y la corriente eléctrica; en dicha situación, puedes usar la siguiente expresión matemática:
Incluso se puede calcular teniendo resistencia y voltaje de la siguiente forma:
Como puedes apreciar, las formulas se obtiene de forma muy fácil gracias a la ley de Ohm.
También podemos obtener el valor de una resistencia a través de una potencia conocida. Supongamos que conocemos la potencia (P) y el voltaje (V); por lo tanto, podrías usar la siguiente expresión matemática para encontrar el valor de la resistencia:
En cambio, si conoces la potencia y la corriente eléctrica, puedes usar lo siguiente:
La ley de Watt influye tanto en los circuitos eléctricos, que gracias a la potencia podemos encontrar las demás magnitudes del circuito.
Dato importante: si en tu resultado la potencia es positiva (+P), significa que el componente electrónico o la carga está consumiendo energía. Por otro lado, si tu resultado es una potencia negativa (-P), la carga esta produciendo energía, como puede ser el caso de una batería.
Ya puedes darte cuenta de que las expresiones matemáticas de la ley de Watt son muy sencillas de aplicar y de entender, no significan un desafío muy grande.
Como última parte, pasemos a conocer el triángulo de la ley de Watt.
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Triangulo de la ley de Watt
Un triángulo es una representación gráfica que nos ayuda a determinar rápidamente las formulas o expresiones matemáticas con magnitudes físicas relacionadas entre sí. Si conoces un poco del tema, sabrás que existe un triángulo para determinar en el campo de la física el tiempo, la distancia y la velocidad. La ley de Ohm también tiene su propio triángulo.
La ley de Watt también utiliza este método, el cual te ayudará muchísimo a recordar las formulas de esta ley. El triángulo de la ley de Watt es el siguiente:
En este triángulo, podemos obtener las siguientes expresiones, las cuales son esenciales para la ley de Watt, como lo vimos al comienzo:
Estas formulas son muy sencillas de comprender, ¿no crees? Llegados a este punto, estamos listos para irnos directamente a la parte teórica para aplicar todo lo aprendido hasta este punto. Vayamos a ver que nos espera en la sección de práctica.
Ejercicios: ley de Watt
Ha llegado el momento de aplicar todo lo que hemos aprendido, ¿estás listo/a?
En este apartado resolveremos tres problemas muy sencillos donde aplicaremos las formulas que vimos anteriormente; calcularemos potencia, voltaje y/o la intensidad de corriente eléctrica, dependiendo del caso al que nos estemos enfrentando.
Por último, y no menos importante, el último ejercicio va a tratar de cómo calcular el consumo de energía y facturación del servicio eléctrico utilizando las formulas de ley de Watt, cálculo que, te aseguro, es muy sencillo de realizar.
Primer caso
¿Qué potencia tiene un motor eléctrico que se conecta a un voltaje de 200 volts para generar 8 amperes de corriente eléctrica?
Un caso muy sencillo de solucionar; sin embargo, así sea el problema más sencillo del mundo, siempre debes empezar a solucionar este tipo de ejercicios con orden. Empecemos a conocer cuáles datos tenemos a la mano:
Datos:
Calculamos la potencia del motor aplicando la fórmula de potencia:
Podemos concluir que la potencia del motor es de 1600W o 1.6kW.
Segundo caso
¿Cuál sería la potencia eléctrica de una waflera que posee una resistencia de 68 ohms, en la que circula una corriente de 8A?
- Organizamos los datos que tenemos disponibles:
- Calculamos la potencia eléctrica de la waflera:
La potencia eléctrica de la waflera es de 4352 Watts o 4.352kW.
Caso 3:
Por último, resolveremos un problema donde aplicaremos lo mismo que en los anteriores problemas, pero también servirá como introducción al último apartado presentando la fórmula de consumo de energía, pues la vamos a utilizar demasiado en el último caso (cálculo de consumo de energía y facturación del servicio eléctrico).
El caso dice asi:
En un hogar se requiere conocer la potencia eléctrica de una lampara alimentada con 220v y que posee una resistencia de 15 ohms. Además, también es necesario conocer la energía eléctrica consumida por la lampara, ya que ha estado conectada 4 horas.
- Organizamos nuestra información disponible:
- Como primer paso, obtendremos el valor de la potencia:
- Ahora, con la fórmula de energía, calculamos el consumo eléctrico de la lampara en 4 hora:
Podemos concluir que la lampara tiene 3.22kW y consume 12.88kW por hora.
Cálculo del consumo de energía y facturación del servicio eléctrico usando la ley de Watt
Una de las aplicaciones que tiene la ley de Watt, es poder ayudarnos a calcular cuánta energía eléctrica estamos consumiendo y, por ende, también nos ayuda a calcular la tarifa de ese consumo eléctrico.
Aquí en México la Comisión Federal de Electricidad (CFE) es la única empresa en México responsable del suministro de energía eléctrica, Sus tarifas depende de qué tipo de cliente se trate: hogar, negocio, industria o servicios.
Nosotros nos vamos a centrar en la tarifa de luz doméstica, en la cual hay siete tipos de tarifas dependiendo de la región donde vivas y la temperatura en verano de dicha región. El tipo de tarifa que tienes aparece en tu recibo de luz CFE.
Para fines prácticos, utilizaremos la información de la tarifa tipo 1, en la cual el límite de consumo es de 250kWh al mes, el consumo básico está valuado en 0.866$/kWh y el consumo intermedio/bajo esta en 1.051$Kw/h; estos precios dependen mucho de la temporada del año. Toda esta información la puedes encontrar en la página oficial de tarifas de luz de la CFE. Si eres de otro país, también deben estar documentadas todas estas especificaciones en la página oficial de tu proveedor de energía eléctrica.
Electronica de potencia ...
Conociendo estos antecedentes, ahora si podemos pasar al cálculo.
Se requiere conocer el consumo eléctrico y la facturación en una casa en un mes; en dicha casa se tienen los siguientes aparatos eléctricos con su información de uso:
- Estéreo: opera 4 horas a 60W.
- Secadora: opera 2 horas a 300W.
- Cafetera: opera 2 horas a 950W.
- TV de 36’’: opera 8 horas a 133W.
- Laptop: opera 12 horas a 50W.
- Plancha: opera 1 hora a 1000W.
Ahora que conocemos la información de cada aparato eléctrico, calculamos el consumo eléctrico de cada electrodoméstico. Recuerda que se obtiene multiplicando la potencia por las horas de uso:
- Estéreo:
- Secadora:
- Cafetera:
- TV de 36'':
- Laptop:
- Plancha:
Si sumamos todo el consumo eléctrico de cada aparato, nos da un total de 5.404kWh.
Ahora debemos calcular el consumo de energía eléctrica en un mes:
El consumo energético de esa casa en un mes es de 162.12kWh.
Por último, obtenemos cuánto se debe de pagar al mes, teniendo en cuenta el monto de consumo básico (0.866$/kWh):
Concluimos que el consumo eléctrico de la casa es de 162.12kWh al mes, con una tarifa final de $140.30 pesos.
Como puedes observar, para obtener tu consumo eléctrico y tu tarifa debes tener en claro la potencia de cada aparato eléctrico, así como su tiempo de uso. La especificación de la potencia siempre viene dada por el fabricante de cada uno de los electrodomésticos.
También debes tomar en cuenta el tipo de tarifa que tu proveedor de electricidad te ha brindado, y el precio del consumo. Como te mencioné anteriormente, si eres de México, esta información la encuentras en tu recibo de luz y en la página oficial de la CFE; en caso de que no seas de México, tu proveedor debe tener la misma información en su página oficial.
Conclusión: ley de Watt
Hemos llegado al final de este artículo, te agradezco muchísimo por llegar hasta este punto conmigo. Como te mencioné desde un comienzo, el conocer (o recordar) lo que es la ley de Watt es bastante importante, no solo por el mero hecho de conocer lo que dice esta ley, sino que tiene mucha influencia en otros temas más avanzados relacionados con la potencia y los circuitos eléctricos. Un ejemplo de esto es el hecho de que, con ayuda del cálculo de potencia, podemos obtener el valor del voltaje, la resistencia y la intensidad de corriente de un circuito eléctrico, lo cual puedes aplicar en todo momento, si tienes disponibilidad de la información correcta.
El tema de potencia es bastante extenso, pues es mucha teoría en conjunto con mucho conocimiento práctico sobre circuitos eléctricos y electrónicos; no obstante, si este es tu primer acercamiento en este mundo déjame decirte que estas comenzando muy bien, pues la ley de Watt es de las cosas más básicas que debes aprender para poder explorar muchos otros tópicos más.
Como ya es costumbre, antes de despedirnos recordemos algunos puntos muy importantes para irnos con un conocimiento más fresco, ¿te parece? Acompáñame a ver cuáles son estos puntos:
- La ley de Watt es una ley aplicable a los circuitos eléctricos y hace referencia a la cantidad de potencia que estos tienen. Esta ley dice que la potencia consumida por una carga o elemento del circuito es directamente proporcional al producto entre el voltaje del circuito y la corriente que circula a través de él.
- La expresión matemática de la ley de Watt o el cálculo de potencia es la siguiente:
- Existen tres conceptos básicos que debes comprender: voltaje, corriente eléctrica y potencia.
- El voltaje es la diferencia de potencial que existe entre dos puntos en un campo eléctrico. Su unidad de medida son los volts (V).
- La corriente eléctrica es el movimiento de una carga eléctrica que atraviesa un material conductor o semi conductor durante un lapso determinado. Su unidad de medida son los amperes (A).
- La potencia eléctrica es la proporción en una unidad de tiempo en la que la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico. Su unidad de medida son los Watts (W).
- El triángulo de la ley de Watt es un triángulo que representa la expresión matemática de esta ley y relaciona la potencia, el voltaje y la intensidad.
- Para calcular el consumo eléctrico y la facturación, recuerda que debes tener bien reconocidos todos sus electrodomésticos y su potencia eléctrica, el tipo de tarifa que posee tu casa, el costo del consumo básico o intermedio de esa tarifa y aplicar bien la fórmula de energía.
Esto ha sido todo por mi parte. Espero que hayas aprendido muchísimo. Recuerda compartir este artículo con tus amigos, familiares, o simplemente con alguien que sepas que le ayudará bastante recordar o conocer la ley de Watt.
Recuerda que una de las mejores formas de apropiarse el conocimiento, es practicar siempre lo aprendido. Nos vemos en otro artículo.
¡Hasta pronto!
Electrónica de potencia: Manual de prácticas de laboratorio (Spanish E ...
🧐 Autoevaluacion: Ley de Watt
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