Potencia eléctrica y la factura de luz

Un foco de 60 W encendido durante 1000 horas consume 60 kWh; a 12 centavos por kWh, cuesta $7.20.

Potencia: energía por segundo

La potencia de un foco, indicada en vatios, dice con qué rapidez transforma la energía eléctrica en luz y calor. La potencia es energía por segundo y, en un circuito, se expresa de forma sencilla. El voltaje es energía por culombio y la corriente es culombios por segundo, así que su producto da energía por segundo: P = I V. Un amperio a un voltio equivale a un vatio. Una toma de automóvil de 20 A en un sistema de 12 V puede suministrar hasta 20 × 12 = 240 W. Al combinar P = I V con la ley de Ohm, obtienes otras dos formas para resistores: P = I² R y P = V² ÷ R.

Las tres formas muestran relaciones distintas. P = V² ÷ R indica que, a voltaje fijo, una menor resistencia implica más potencia. Por eso un foco de 60 W diseñado para 120 V tiene menor resistencia (120² ÷ 60 = 240 Ω) que uno de 25 W para el mismo voltaje (120² ÷ 25 = 576 Ω). Como V está al cuadrado, duplicar el voltaje con la misma resistencia cuadruplica la potencia; por eso un foco diseñado para 120 V se funde pronto al conectarlo a 240 V.

¿Qué foco brilla más?

En el laboratorio, el brillo de un foco depende de su potencia. Este problema confunde a muchas personas. Toma un foco de 6 Ω y otro de 24 Ω. Conectados en paralelo a 6 V, ambos reciben los 6 V completos, y P = V² ÷ R da 6 W para el de 6 Ω y 1.5 W para el de 24 Ω; por tanto, el de menor resistencia brilla más. Ahora conecta los mismos dos en serie a 6 V. Por ambos pasa una corriente de 6 ÷ 30 = 0.2 A, y P = I² R da 0.24 W para el foco de 6 Ω y 0.96 W para el de 24 Ω. Ahora el de mayor resistencia brilla cuatro veces más. En serie tienen la misma corriente, así que la mayor resistencia recibe más potencia; en paralelo tienen el mismo voltaje, así que la menor resistencia recibe más potencia.

De los vatios a la factura: el kilovatio-hora

Pagas por la energía, no por la potencia. La energía es la potencia multiplicada por el tiempo, E = P t. Un julio es demasiado pequeño para el consumo doméstico, por lo que los medidores eléctricos cuentan kilovatios-hora (kWh): la energía consumida por 1000 W durante una hora. Un kWh equivale a 1000 W × 3600 s = 3.6 × 10⁶ J. Para estimar el costo de usar un aparato, convierte su potencia a kilovatios, multiplícala por las horas de uso para obtener kWh y luego por el precio por kWh de tu factura. Un calefactor de 2000 W usado media hora consume 2 × 0.5 = 1 kWh. Un foco LED de 10 W encendido 5 horas al día durante 30 días consume 10 × 5 × 30 = 1500 Wh, es decir, 1.5 kWh.

OpenStax desarrolla una comparación. A 12 centavos por kWh, un foco incandescente de 60 W que cuesta 25 centavos y dura 1000 horas consume 60 kWh: $7.20 de electricidad y $7.45 en total. Un foco fluorescente compacto produce la misma luz con la cuarta parte de la potencia, 15 W, así que la electricidad para esas mismas 1000 horas cuesta $1.80. Cuesta $1.50, pero dura 10 000 horas, por lo que solo una décima parte de su precio, 15 centavos, corresponde a esas 1000 horas. Su total es $1.95. Los focos LED consumen aún menos. El precio por kWh varía según el país, el proveedor y, a menudo, el consumo mensual, así que debes usar el precio de tu propia factura.