El consumo de electricidad

Kilovatios-hora, potencia reactiva, energía activa, coseno de fi, frecuencia… Una serie de términos que ahora podríamos ver en nuestros contadores “inteligentes” y que puede que no entendamos bien.

Lo primero será distinguir entre Energía y Potencia, y cuáles son sus unidades. Recordar aquí el dicho de que “la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma” , que constituye la ley de la conservación de la energía.

Quizás lo más asimilable es que la Energía es aquello que nos permite realizar un Trabajo, en el sentido más genérico. Trabajo, además de ser lo que muchos buscamos para poder vivir, es una magnitud física que representa la aplicación de una fuerza a un objeto recorriendo una distancia. Imaginémonos empujando una carga, una caja más o menos pesada, por el pasillo de casa: la fuerza que hemos empleado multiplicado por la distancia recorrida es el Trabajo que hemos realizado. Para realizar ese Trabajo hemos gastado una Energía, en el ejemplo de la caja somos nosotros los que suministramos la energía necesaria. En la electricidad, la fuerza la realiza el “campo” electromagnético y lo que mueve son los electrones (cargas eléctricas) que van por los cables. Ni el campo (que no tiene nada que ver con el del fútbol o el de las vacas) ni los electrones los podemos ver, pero sí detectar y ver u observar sus efectos, el resultado del trabajo eléctrico: tenemos luz, se mueve el motor de la lavadora, se calienta la plancha, la televisión se enciende y vemos el partido de fútbol (ahora sí que hay un campo de fútbol, y se ve), …

Energía y Trabajo se miden con la misma unidad, al fin y al cabo convertimos la una en lo otro, el julio (J), unidad del Sistema Internacional de medidas (SI). Es posible que a alguien le suene más la caloría (cal), por lo que ello implica en nuestro “consumo” energético al comer, o nuestro gasto al realizar ejercicio (o trabajo).

La caloría también es una unidad de medida del trabajo y la energía, 1 caloría equivalen a 4,2 julios aproximadamente (1 cal = 4,1868 J). Las calorías, y su negativo, las frigorías, se siguen utilizando en calefacción, refrigeración y acondicionamiento de aire (aunque debieran ir en desuso).

Además, estas unidades se suelen utilizar en forma de múltiplos o potencias de 10 (con una caloría tenemos poca “chicha”, la verdad). Los múltiplos más habituales, y que más nos pueden sonar son: kilo- (k) que son mil unidades, 1 kJ = 1000 J = 103 J; mega- (M), un millón de unidades, 1 MJ = 1.000.000 J = 106 J; giga- (G), mil millones, 1 GJ = 1.000.000.000 J = 109 J; tera- (T), un billón, 1 TJ = 1.000.000.000.000 J = 1012 J.

Los últimos multiplicadores se han puesto de moda en los discos duros de los ordenadores (GB y TB), aunque en realidad, ¡cómo nos gustaría tener 1 T€!, ¿eh? Por cierto, y ya que estamos: ¿cómo se llama el multiplicador que equivale a mil billones?… Pues sí, lo que se imaginaba: peta- (P). 1 PJ = 1015 J (ya no pongo los ceros), aunque lo que estaría “que lo peta” es tener 1 P€.

En la electricidad doméstica nos conformamos con los kilos (sí, también para el peso), y nos consideramos ricos con unos cuantos k€.

Y sí, hay multiplicadores mayores, que se aplican normalmente al consumo energético mundial (no al de casa) y también a las distancias en astronomía. Podríamos decir que a nivel mundial tenemos consumos energéticos astronómicos (aunque a los astrónomos cuando estos multiplicadores se les quedan pequeños pasan a usar los famosos “años-luz”).

La Energía (E) que gastamos no se convierte toda en Trabajo (T). Parte de ella se pierde en el proceso de conversión (hay veces que empujamos, empujamos y empujamos la caja, y ni se mueve, y además terminamos agotados). Lo mismo ocurre cuando transformamos un tipo de energía (E1) en otro (E2), siempre se pierde parte de ella. Matemáticamente lo podemos expresar así:

Tη × E; E2η × E1.

La letra griega η, ‘eta’, es la que se utiliza habitualmente para denominar a la eficiencia. Y el valor de η está comprendido entre 0 y 1. η = 0, nada de la energía se transforma (nosotros empujando la caja con todas nuestras fuerzas y sin conseguir moverla); η = 1, toda la energía se convierte en trabajo u otro tipo de energía.

En los procesos que utilizamos para generar (en realidad transformar otro tipo de energía en) energía eléctrica, o transformarla en trabajo, la eficiencia es menor que la unidad, a veces mucho menor. Ahora puede que entendamos por qué es tan importante “aumentar” la eficiencia, que sería conseguir que η se acerque lo más posible a 1.

Vamos con la Potencia: Imaginémonos empujando la misma caja de antes pasillo arriba, pasillo abajo. Moverla un pasillo de largo nos ha supuesto un trabajo, y hemos tardado dos minutos en hacerlo (la caja pesa lo suyo y el pasillo es largo). Si repetimos esto varias veces con igual fuerza, habremos realizado el mismo trabajo durante un tiempo, pongamos una hora. Si somos capaces de hacer esto somos unos tipos “potentes”, la verdad; si sólo podemos hacerlo unos 10 minutos (mi caso), tenemos poca potencia (unos esmirriaus). La Potencia (P) es el cociente entre el Trabajo (T) realizado y el tiempo empleado (t), matemáticamente:

P=T/t

Si tenemos mucha potencia, podemos realizar durante un breve instante de tiempo muchísimo trabajo. Cuanta más potencia más trabajo se puede realizar en una cantidad de tiempo determinada.

La unidad que se utiliza para medir la Potencia se denomina vatio (W), y es el cociente de un julio (J) entre un segundo (s): W = J/s. Otra unidad que nos suena de nuestros coches es el caballo de vapor (CV), y tiene una equivalencia de aproximadamente 735 vatios (1 CV = 735,498 W); un coche de 100 CV tiene aproximadamente 73,5 kW. Sí, aquí también se usan los kilos, y demás multiplicadores.

Podemos dar la vuelta a la ecuación de antes, y decir que el Trabajo realizado es la Potencia disponible por el tiempo empleado: T = P × t. Así que si tenemos una potencia de mil vatios y la empleamos durante una hora, habremos realizado un trabajo de un kilovatio-hora (kWh). Lo podemos pasar a julios: 1 kWh = 1.000 W × 3.600 s = 3.600.000 J. Sí es lo que parece, 3,6 millones de julios, o 3,6 MJ, un montón de trabajo.

O un montón de energía, ya que hay una relación directa entre el trabajo realizado y la energía gastada, transferida o generada, y ya sabemos que se gasta más energía que el trabajo que se realiza. Vuelve a aparecer la eficiencia.

¿Qué significa que una bombilla es de 100 W? Pues que si la encendemos una hora, nos va a “gastar” una energía eléctrica de 0,1 kWh, o 360 kJ. Gastar o consumir, sí, que no es lo mismo de emplear toda ella en realizar su trabajo, dar luz. Ahora tenemos lámparas LED que nos realizan el mismo trabajo (iluminan igual) con menos potencia, 12 W por ejemplo, lo que quiere decir que son más eficientes haciendo su trabajo.

Desde el punto de vista de los aparatos eléctricos, la potencia que nos marcan en sus cajas, manuales, o placas identificativas, es en realidad una medida de la energía que van a consumir, “gastar”, no del trabajo que van a realizar.

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