Unidades
de energía y potencia




Por
Mario Alberto Arrastía Ávila*

Hacia una cultura energética popular.

Cuando estudiamos Física
en la escuela, aprendemos que cada magnitud se expresa en determinadas unidades; por ejemplo, la velocidad podemos expresarla bien en m/s o en km/h (se lee metros por cada segundo y kilómetro por cada hora, y
está acuñado decir metros por segundo y kilómetros por hora).

 

La intensidad de la corriente eléctrica la expresamos en ampere (A), la energía en joule (J) y la potencia en watt (W).

Los nombres de estas unidades corresponden a los apellidos de renombrados científicos, como André María Ampere, James Prescott Joule y James Watt, quienes hicieron notables aportes en el campo de la Física y al desarrollo de la tecnología.
El watt fue adoptado por el Segundo Congreso de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, en 1889, y por la Undécima Conferencia General de Pesos
y Medidas, en 1960, como la unidad de potencia, e incorporada al Sistema Internacional de unidades. También se nos enseña en la escuela que las unidades tienen múltiplos y submúltiplos. Así, por ejemplo, el kilómetro es un múltiplo del metro, equivalente a mil veces el tamaño de éste (103 en notación científica), y el milímetro es un submúltiplo de esa unidad patrón de las longitudes en el Sistema Internacional de unidades (SI), que equivale a la milésima parte de un metro (10-3). Sin embargo, a pesar de que todas estas son cuestiones relativamente bien conocidas, las unidades en que se expresan la potencia y la energía con frecuencia no se escriben o se nombran correctamente. Esto tiende a crear confusión, o incluso puede llevar a cometer errores en la interpretación de las cifras ofrecidas y de la información que en general se pretende transmitir a lectores, televidentes y radioyentes.

Tanto la velocidad como la intensidad de la corriente eléctrica y la potencia, son magnitudes físicas que expresan una razón de cambio en el tiempo. La velocidad es la razón de cambio de la posición de un cuerpo en el transcurso del tiempo. Por eso la velocidad se calcula mediante la expresión matemática siguiente:

v = Δr / Δt

Donde:
Δr: Desplazamiento efectuado por un cuerpo dado.
Δt: Intervalo de tiempo transcurrido.

A diferencia de la intensidad de la corriente eléctrica o de la energía y la potencia,
la velocidad es una magnitud física vectorial. Esto significa que para que la información acerca de la velocidad sea completa, se necesita además conocer su dirección y sentido. Si prescindimos de la dirección y el sentido, y sólo calculamos
el valor de la velocidad de un cuerpo cuya posición ha cambiado en 10 m en el transcurso de un tiempo de 5 s, el valor obtenido es el siguiente:

v = 10 m / 5 s = 2 m/s

Vamos a adentrarnos ahora en el terreno de los temas energéticos. Desde el punto
de vista conceptual, pero sin intentar dar una definición acabada, la energía puede ser interpretada como una magnitud que «caracteriza la capacidad de los sistemas para cambiar sus propiedades, o las propiedades de otros sistemas». Mientras mayores sean los cambios producidos, mayor será la energía puesta en juego. Por su parte,
la potencia es la magnitud que «caracteriza la rapidez con que la energía se transforma o se transmite de un sistema a otro». En símbolos, la potencia se escribe de la manera siguiente:

P = ΔE / Δt

Digamos, por ejemplo, que si se intercambia una cantidad de energía de 10 J en un tiempo de 5 s, la potencia será igual a:

P = 10 J / 5 s = 2 J/s = 2 W

Ya vimos que en el Sistema Internacional de unidades la energía se expresa en joule, mientras que la potencia es expresada en watt. Las unidades no deben pluralizarse,
o sea, no es correcto escribir «watts» o «kilowatts».

Generalmente se pasa por alto que el watt es la manera abreviada de escribir J/s (se lee joule por cada segundo, y está acuñado decir joule por segundo). Una potencia de un kilowatt es mil veces un watt y se escribe kW (letra k minúscula seguida de una W mayúscula). Una potencia de 1 kW significa que la energía se transfiere, se intercambia o sencillamente se pone en juego durante un proceso determinado, a un ritmo de 1 000 joule por cada segundo (103 J/s). De la expresión escrita arriba, para definir la potencia se puede deducir que:

ΔE = P • Δt

Cuando los aparatos eléctricos están
funcionando, utilizan energía eléctrica en función de la potencia que tengan y del tiempo en que estén en funcionamiento. Lo que pagamos a la Empresa Eléctrica
es la energía eléctrica consumida, no la potencia de los equipos electrodomésticos que tenemos en nuestra casa. Si el ritmo de transformación de la energía es de un kilowatt (1 kW), como es el caso de una hornilla eléctrica, por ejemplo, y la energía
se está transformando durante una hora (1 h), para cocinar un alimento determinado, entonces la energía puesta en juego es igual a:

ΔE = 1kW • 1 h = 1 kWh

El kilowatt-hora, abreviado kWh (se lee kilowatt hora), es una unidad de energía que es aceptada por el Sistema Internacional de unidades, aunque no pertenece a éste. Un kilowatt-hora equivale a la energía puesta en juego o simplemente intercambiada
o transformada a una razón de 1 000 J/s, es decir, a una potencia de un kilowatt (kW) durante una hora. El kilowatt-hora equivale a tres millones seiscientos mil joule.
En efecto, si tenemos que un watt es igual a un joule por cada segundo y que
1 kW = 1 000 W, el kilowatt-hora será igual a:

1 kWh = (1 000 J / 1 s) • 3 600 s = 3 600 000 J

El kilowatt-hora se usa para medir la energía eléctrica empleada, dado que es más fácil de utilizar que la unidad de energía del Sistema Internacional de unidades, que es el joule. El joule corresponde a un watt-segundo (W • s) y es una unidad demasiado pequeña, lo que obligaría a emplear cifras demasiado grandes para expresar la energía eléctrica que consumimos en nuestras casas, escuelas, fábricas, etc. Un watt-hora equivale a 3 600 J. Imaginemos que llega a nuestra casa el lector-cobrador de la Empresa Eléctrica local, y nos trae un recibo con la cifra de 550 800 000 J, que se leería como quinientos cincuenta millones ochocientos mil joule. Evidentemente, esta es una cifra incómoda para ser manejada. Expresada en kilowatt-hora, esta cantidad es equivalente a 153 kWh y obviamente es mucho más cómoda de manejar, en lugar de emplear el joule.

Otros múltiplos del watt-hora son el megawatt-hora (MWh), equivalente a 1 000 kWh; el gigawatt-hora, equivalente a un millón de kilowatt-hora (GWh), y el terawatt-hora, que son mil millones de kilowatt-hora (TWh).

En algunos países de habla hispana, y con la intención de evitar el uso de palabras como el watt, el kilowatt, el megawatt-hora y el joule, se usan el vatio, el kilovatio,
el megavatio-hora y el julio. Sin embargo, estas palabras no responden a unidades reconocidas por el Sistema Internacional de unidades; simplemente no existe una unidad llamada vatio, como tampoco el kilovatio o el kilovatio-hora, ni el megavatio-hora. Este tipo de escritura y de lectura de las unidades de energía y potencia se justifica a partir de lo planteado en la norma ISO 80000-4:2006(E), la cual expresa en la página V de su Introducción: «Los nombres de las unidades para las correspondientes cantidades vienen dadas conjuntamente con los símbolos internacionales y las definiciones. Estos nombres dependen del idioma, pero los símbolos son internacionales y los mismos en todos los idiomas». Esto quiere decir que se puede llamar vatio, si lo desea, a la unidad en que se expresa la potencia, ya que la palabra vatio es aceptada por la Real Academia Española, siempre que se respete el símbolo que internacionalmente ha sido adoptado por la Organización Interna cional de Normas (ISO, por sus siglas en Inglés) (Tabla 1).

Tabla 1. Formas correctas e incorrectas de la escritura
de algunas unidades de energía y potencia


También genera mucha confusión el empleo de los prefijos de los múltiplos y submúltiplos. Por ejemplo, para escribir megawatt a veces se emplea minúscula
en el prefijo «mega», por lo que la magnitud que se desea expresar puede perder
todo su sentido. Por ejemplo, al referirnos a la potencia de una batería de grupos electrógenos, y escribimos que ésta es de 30 mW, en realidad lo que se ha expresado es un valor que puede ser característico de un pequeño aparato electrónico (30 miliwatt), pero que es imposible que se corresponda con la potencia entregada por los referidos grupos electrógenos. Lo correcto en este caso es escribir que la potencia es de 30 MW (30 megawatt) (Tabla 2).

Tabla 2. Valores típicos de potencia

Otra confusión bastante común es la de expresar las unidades de energía como kW/h o MW/h. La energía, como vimos arriba, se calcula a partir del producto de la potencia por el tiempo de funcionamiento del equipo, por lo que no puede aparecer ningún cociente al escribir las unidades en que ésta se expresa, como se aclara
en la tabla 1.

En ocasiones se aplican los calificativos «eléctrico» y «térmico» a las unidades de energía y potencia. Por ejemplo, podemos encontrarnos que se diga que una planta termoeléctrica produce 2 100 MWt y genera 650 MWe. La diferencia está dada
en que no toda la energía térmica se convierte en energía eléctrica. Aunque está relativamente extendido el uso de estos términos, no están reconocidos por el Sistema Internacional de unidades.

Actualmente, cuando los cubanos nos encontramos en una Revolución Energética
y libramos la batalla por la eficiencia energética y las fuentes renovables de energía,
la cultura energética desempeña un papel esencial. Por ello, conocer y aplicar adecuadamente los conceptos, así como las unidades, múltiplos y submúltiplos
en que se expresan la energía y la potencia, cobra una especial relevancia.

* Especialista del Grupo de Divulgación
y Educación Energética de CUBAENERGÍA.
tel.: (537) 2062067.
e-mail: marioalberto@cubaenergia.cu