¿Cuál es la diferencia entre Watt, kiloWatt y kiloWatt-hora?

Los términos de Watt, kiloWatt y kiloWatt-hora son palabras que a la mayoría de las personas les suena familiar. Esto se debe a que los equipos eléctricos muchas veces vienen especificados para una determinada cantidad de Watt o kiloWatts (de ahora en adelante, W y kW, respectivamente). Cuando se compra, por ejemplo, una plancha, una lámpara o bombillo, un taladro (o drill), una refrigeradora y muchos otros dispositivos disponibles en el mercado.

Voy a incluir en este artículo también a los Caballos de Fuerza o HP (no es Harry Potter, ni tampoco un improperio. Significa «Horse Powers»), puesto que se trata de una medida de potencia al igual que el Watt. Cuando se habla de kiloWatts-hora (de ahora en adelante, kWh), las personas que pagan sus cuentas de energía eléctrica estarán escuchando un término que probablemente les es muy conocido.

El propósito de este artículo es definir los W, kW y kWh, junto con los HP, para establecer las diferencias entre una y otra unidad de medida. Esto con el propósito de que las personas que no tienen conocimiento sobre temas de ingeniería eléctrica, o que no tienen experiencia técnica, puedan entender de una manera clara cuales son las diferencias entre los diferentes términos mencionados en este documento.

¿Qúe es un Watt?

El término Watt, o Vatio en español, es una unidad de medida de potencia. De hecho es la unidad de medida utilizada en el Sistema Internacional, que utiliza una gran cantidad de países, entre ellos Panamá. Es equivalente a 1 J/s.

Pero, ¿qué significa potencia? ¿qué es 1 J/s?. La potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. También la podemos definir como la tasa de consumo de energía en función del tiempo. Para entender este concepto, veamos la siguiente imagen.

Una persona cargando cajas. Si el hombre en la imagen decide cargar 2 cajas al mismo tiempo, estará utilizando utilizando menos energía que si carga 3 cajas a la vez. Si lo que se quiere es terminar el trabajo rápido, lo ideal sería cargar la mayor cantidad de cajas al mismo tiempo. Sin embargo, el hombre en la imagen solamente puede utilizar una cantidad de energía limitada durante un instante de tiempo.

Supongamos que las cajas hay que cargarlas hasta una distancia a 50 metros desde el lugar donde se encuentran, y esto se logra en 2 minutos. El señor no tiene la capacidad de cargar más de dos cajas, puesto que él solo puede entregar una cantidad limitada de potencia. Él solo puede gastar una cantidad de energía limitada por unidad de tiempo. Si en vez de cargar las cajas el señor decide contratar a una persona que haga el trabajo por él, y esta persona posee mayor potencia, tendrá la capacidad de gastar más energía por unidad de tiempo y podrá cargar las cajas de 3 en 3. Quizás hasta más.

Otra forma de determinar si una persona tiene la capacidad de entregar más potencia que otra es la velocidad del trabajo. Si en vez de tardar 2 minutos en llevar una caja de un punto a otro, lo puede hacer en 1 minuto, entonces esta persona estaría entregando aproximadamente el doble de potencia que la persona que hace el mismo trabajo en 2 minutos.

Es aquí donde resulta interesante conocer las unidades que forman 1 Watt. Este es equivalente a 1 J/s. J es la abreviatura de Joule, o Julio. El Julio es la unidad de medida de energía del sistema internacional. Cuando una persona está «quemando» 1 Julio de energía por segundo, esta persona está produciendo 1 Watt de potencia. Y digo «quemando» porque es un término que se utiliza mucho entre las personas que hacen ejercicios. El propósito de hacer ejercicios es «quemar» calorías. 1 Caloría es una unidad de medida de energía, al igual que el Julio, por lo que son equivalentes. De esta forma, tenemos que:

1 caloría = 4.1868 Joules

1 caloría es más energía que 1 J. Cuando una persona está realizando una actividad física y logra «quemar» 1 caloría por segundo, está «quemando» 4.1868 J cada segundo. Como 1 J/s es igual a 1 W, entonces 4.1868 J/s es igual a 4.1868 Watts.

Cuando una persona durante una actividad física logra «quemar» una caloría cada segundo, esta persona está produciendo 4.1868 Watts de potencia

Quien quema calorías más rápido, produce más potencia. Quien gasta mayor energía en el menor tiempo, producirá más potencia. Hará el trabajo más rápido. Esto mismo se aplica a los equipos eléctricos. Una plancha de mayor potencia, calentará más rápido. Lo mismo aplica a un calentador de agua, a una estufa eléctrica, a un microondas… Cuando se trata de un bombillo, los Watts son equivalentes a la cantidad de luz. El bombillo que logre convertir más energía eléctrica en energía lumínica por unidad de tiempo será el que produzca más luz.

¿Qúe es un kiloWatt?

Así como un kilómetro son 1000 metros y un kilogramo son 1000 gramos, un kiloWatt equivale a 1000 Watts.

Los kW se usan muy a menudo para en los sistemas de potencia para hacer referencia a la potencia instalada en una red, puesto que 1 Watt resulta muy poco a nivel de red eléctrica. Ya cuando se habla a nivel de país o de región, los kW no son suficientes y entonces se habla de MegaWatts (MW), los cuales equivalen a 1 millón de Watts.

¿Qúe es un Caballo de Fuerza?

Un Caballo de Fuerza o HP es lo mismo que 745.699872 W. Podemos redondearlo a 746.7 Watts. Se trata del mismo concepto, solo que los HP se utilizan más para hacer referencia a la potencia en una bomba, en vehículos y algunas otras cosas. Al final es lo mismo, la capacidad de entregar determinada cantidad de energía en un periodo de tiempo.

¿Cómo se determina la potencia de un equipo eléctrico?

Como ya hemos explicado, la potencia es el resultado de dividir la cantidad de energía disipada por un cuerpo entre el tiempo que demora ese cuerpo en consumir dicha cantidad de energía. De esta forma, 1 Watt = 1 Joule / 1 segundo. Pero, ¿cómo se logra determinar la cantidad de energía consumida por un equipo? El tiempo lo podemos medir con un cronómetro, pero cómo ¿medimos la energía?

Resulta que la potencia disipada por un equipo eléctrico puede calcularse multiplicando la corriente que entra a la carga, por el voltaje entre los terminales de la carga. Veamos esto de una manera más sencilla, en la siguiente imagen.

Cuando se conecta una carga eléctrica a una fuente de poder, suceden dos cosas:

• La carga asume el voltaje de la fuente entre sus terminales.
• Una corriente eléctrica empieza a atravesar la carga. La misma corriente que entra a la carga es la que sale de ella, tal como se muestra en la imagen de arriba.

De esta forma, la potencia eléctrica queda definida como el producto del voltaje entre los terminales de una carga, multiplicado por la corriente que atraviesa la carga. Pero, ¿qué tiene que ver esto con lo que estábamos hablando al principio de 1 Watt = 1 Joule / 1 segundo?

Cuando hacemos un análisis dimensional de las unidades de medida involucradas en el producto de voltaje por corriente nos damos cuenta que efectivamente se cumple lo que antes habíamos establecido. Si multiplicamos voltaje por corriente, utilizando las unidades de medidas del sistema internacional para potencia, corriente y voltaje, tenemos:

W = (A)(V)

Donde A representa los amperios y V los voltios. Tanto el Amperio como el Voltio tienen varias definiciones formales, pero para este post voy a utilizar aquella que me permite demostrar lo que quiero de la manera más fácil.

• La intensidad de corriente es equivalente a dividir la carga eléctrica, dada en Columbios, entre el tiempo, dado en segundos. Se dice que cuando a través de la sección transversal de un conductor fluye una carga de 1 Columbio por cada segundo, tenemos 1 amperio de intensidad de corriente. De esta manera, tenemos que:

I = Q/t

• Si queremos definir 1 amperio en función de carga y tiempo, tendríamos que A = C/s (Amperio es igual a Columbio entre segundo).

Para el caso del voltaje, la definición es la siguiente:

• El voltaje se define como «la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 J para trasladar del uno al otro la carga de 1 C». De esta manera, tenemos que:

V = E/Q

• Si queremos definir 1 voltio en función de energía y carga, tendríamos que V = J/C.

Cuando se multiplica V x I, la carga (Q) se cancela y el resultado termina siendo que W = J/s, lo cual es consistente con lo que ya habíamos expresado antes. Existen ecuaciones para calcular la potencia basadas en variables mecánicas, pero en el caso de los equipos eléctricos, basta con multiplicar la corriente por el voltaje.

¿Qué es un kiloWatt-hora?

El kiloWatt-hora es una forma de cuantificar la energía que consume un equipo eléctrico. Esta es la principal forma de cuantificar la energía consumida por los clientes en los mercados eléctricos alrededor del mundo. Y es muy importante que esto quede claro: «los clientes de los sistemas eléctricos no compran voltaje, corriente o potencia… las compañías de distribución de energía eléctrica facturan la energía consumida por los usuarios».

Efectuando un análisis dimensional al producto de multiplicar potencia por tiempo, tenemos lo siguiente:

El resultado de multiplicar 1 kW por una hora es energía. Energía pura. 1 kWh son 3 millones, seiscientos mil Joules.

Para determinar la energía que consume un equipo eléctrico, se debe multiplicar la potencia que disipa, por el tiempo que el equipo permanece conectado a la red. Esta potencia, como ya dijimos, se puede calcular multiplicando la corriente por el voltaje aplicados a la carga.

Al final del mes, las empresas de distribución eléctrica cuantifican la cantidad de kWh, a los cuales se les asigna un precio y pasan a formar la factura de energía eléctrica. Sobre este tema ya he escrito antes en este blog: ¿Cómo se calcula la tarifa eléctrica en Panamá?

También hemos diseñado una calculadora que permite calcular la factura de energía eléctrica al final de cada mes, proporcionando para ello el total de kWh marcados en el medidor: Calcule su factura de energía eléctrica en Panamá. Esta calculadora sólo es válida para Panamá, pero el concepto utilizado es similar en los países en América Latina.

La energía total utilizada por los clientes depende principalmente de la potencia de los equipos que utilice y del tiempo que éstos permanezcan conectados a la red. Del entendimiento de estos conceptos y de la metodología para el cálculo de la factura eléctrica dependerá que una persona pueda implementar métodos de ahorro de energía para reducir el monto total de la factura.