Electrotecnia práctica

La electrotecnia que se usa a diario en un cuadro cabe en pocas fórmulas: la ley de Ohm, la potencia, la diferencia entre tensión de fase y de línea, y el factor de potencia. Saber usarlas con soltura permite comprobar si una medida tiene sentido, elegir una protección o explicarle a un cliente cuánto le cuesta tener un motor en marcha. Este tema las repasa con ejemplos de taller.

Magnitudes básicas

Ley de Ohm y potencia

U = I × R  ·  P = U × I (en continua y en cargas resistivas)

Ejemplo: una resistencia de caldeo de 2 kW a 230 V consume I = 2000 / 230 ≈ 8,7 A. Una bobina de relé de 24 V con 480 Ω consume 24 / 480 = 0,05 A. Si quieres practicar, la calculadora de la ley de Ohm resuelve cualquier combinación.

Resistencias en serie y en paralelo

• En serie, las resistencias se suman: R = R1 + R2 + … Por todas pasa la misma corriente.
• En paralelo, se suman las inversas: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … Todas tienen la misma tensión. Dos resistencias iguales en paralelo dan la mitad de una de ellas.

Esto explica una medida que confunde a muchos: si mides una resistencia sin desconectarla y hay otra en paralelo, el multímetro marca menos de lo esperado.

El calor de la corriente

Un conductor con resistencia R por el que pasa una intensidad I se calienta con una potencia de I² × R (efecto Joule). Fíjate en el cuadrado: si la corriente se duplica, el calor se multiplica por cuatro. Por eso los cables se eligen por la intensidad que van a llevar, por eso un borne flojo (más resistencia) se calienta, y por eso las protecciones cortan las sobrecargas.

Corriente alterna

La red hace 50 ciclos completos por segundo (50 Hz en Europa), y en cada ciclo la corriente cambia de sentido dos veces. Cuando decimos «230 V» hablamos de su valor eficaz, el que produce el mismo calor que 230 V en continua. El valor de pico es √2 veces mayor: unos 325 V. Los multímetros miden el valor eficaz (los True RMS, también con formas de onda no senoidales).

Tensión de fase y tensión de línea

En una red trifásica, la tensión entre dos fases (de línea) es √3 veces la tensión entre fase y neutro (de fase): 400 V ≈ √3 × 230 V. Por eso en un cuadro se miden unos 400 V entre fases y unos 230 V entre fase y neutro.

Potencias en alterna y factor de potencia

Con motores, transformadores y bobinas, la corriente va desfasada respecto a la tensión, y aparecen tres potencias:

• Activa (P, en W): la que se transforma en trabajo útil o en calor.
• Reactiva (Q, en var): la que va y viene para crear los campos magnéticos; no hace trabajo, pero circula por los cables.
• Aparente (S, en VA): la combinación de las dos, la que realmente «ve» la instalación.

Las fórmulas de la potencia activa:

• Monofásica: P = U × I × cos φ
• Trifásica: P = √3 × U × I × cos φ (con U la tensión entre fases)

Ejemplo: un motor trifásico a 400 V que consume 10 A con cos φ = 0,85 absorbe P = 1,732 × 400 × 10 × 0,85 ≈ 5,9 kW de la red.

Energía y coste

energía (kWh) = potencia absorbida (kW) × horas

Ejemplo: un motor de 4 kW de potencia útil con un rendimiento del 88 % absorbe unos 4,55 kW. Funcionando 8 horas al día durante 220 días al año consume 4,55 × 8 × 220 ≈ 8.000 kWh. A 0,15 € el kWh, son unos 1.200 € al año. Por eso un motor más eficiente o un variador en una bomba que no necesita ir siempre al máximo pueden amortizarse rápido.

Sobrecarga y cortocircuito

• Sobrecarga: pasa algo más de corriente de la prevista durante un tiempo, por ejemplo un motor forzado. El cable se calienta poco a poco. La protege la parte térmica del magnetotérmico o el relé térmico.
• Cortocircuito: dos puntos con distinta tensión se unen casi sin resistencia y la corriente se dispara a cientos o miles de amperios. Hay que cortarlo en milésimas de segundo: lo hace la parte magnética o los fusibles.

Errores típicos

• Aplicar P = U × I a un motor y olvidar el cos φ y el rendimiento.
• Usar la tensión de fase en la fórmula trifásica, o la de línea en la monofásica.
• Confundir la potencia útil de la placa con la que el motor toma de la red.
• Pensar que el doble de corriente calienta el doble: calienta cuatro veces más.
• Medir una resistencia en circuito y no tener en cuenta lo que hay en paralelo.

Resumen

• U = I × R y, en cargas resistivas, P = U × I.
• Serie: se suman las resistencias. Paralelo: se suman sus inversas.
• El calor en un conductor es I² × R: el doble de corriente, cuatro veces el calor.
• 230 V es el valor eficaz; el pico es unos 325 V. Entre fases, 400 V ≈ √3 × 230 V.
• P = √3 × U × I × cos φ en trifásica. Un cos φ bajo significa más corriente para lo mismo.
• Energía = potencia absorbida × horas; el coste es la energía por el precio del kWh.