Guía para determinar el consumo de energía eléctrica

 

Por Pablo Roque Díaz*

Los cubanos, particularmente en los últimos meses, nos preguntamos cómo determinar el consumo de energía eléctrica en nuestras casas, cuánto debemos pagar por el servicio y cuál
es la demanda de nuestros equipos electrodomésticos. Aquí se aportan conocimientos básicos para responder
a esas preguntas.

 

Con un mínimo de conocimientos y cálculos sencillos, incluso con una buena precisión, podemos responder a muchas interrogantes en relación con el consumo doméstico de energía eléctrica, con sólo disponer de un reloj con secundario, un poco de tiempo y hacer uso inteligente del metrocontador.

 

Con esos elementos podemos realizar una investigación energética en el ámbito familiar, que nos permita conocer el consumo eléctrico en general y la demanda de cada uno de los equipos eléctricos que utilizamos diariamente. Sólo necesitamos aprender algunos procedimientos, aplicar ciertas fórmulas sencillas y realizar algunos cálculos numéricos tal vez olvidados, pero que utilizamos frecuentemente cuando estudiamos en los niveles de Primaria y Secundaria.

Más difícil puede resultar aprender a identificar las unidades de medida del consumo de energía eléctrica y de la potencia demandada. Comencemos por esta última.

Definiciones

La potencia es la rapidez con que se consume o produce energía o, por analogía con la velocidad, es una cantidad de energía por unidad de tiempo, aunque esta unidad no aparezca explícita por ningún lado, tal como sucede con el nudo como unidad de velocidad: una milla marítima por hora (1,85 km/h).

La unidad de potencia es el watt, cuyo símbolo es W, que equivale al consumo de un joule (símbolo J) en un segundo. Para que se tenga una mejor idea, 1 W es la potencia aproximada de un pequeño bombillo de linterna de bolsillo. Un tubo de luz fluorescente mediano tiene entre 18 y 20 W; un televisor Panda, alrededor de 60 W; y una plancha eléctrica, entre 700 y 1 200 W. Una potencia de 1 000 W es lo mismo que un kilowatt
(1 kW).


La diferencia entre dos lecturas consecutivas del contador
representa el consumo en kilowatt-hora en el intervalo
de un mes. No obstante, cada persona puede hacer
las lecturas con la frecuencia que desee (semanal, diaria, etc.).

Antes de continuar se debe aclarar que según la norma vigente del Sistema Internacional de unidades (SI), los nombres de unidades siempre se escriben en minúscula, en singular y sin punto final. Pero sus símbolos se escriben con mayúscula, si el nombre resulta de un apellido, como en el caso del watt, que proviene de James Watt, el famoso inventor de la máquina de vapor; o del joule, que hace honor al físico británico James Prescott Jou

le, quien verificó experimentalmente la ley de conservación de la energía. En el caso del prefijo kilo, se abrevia siempre con k minúscula.

Las cantidades de energía consumida o entregada se obtienen multiplicando la potencia del equipo por el tiempo durante el cual trabaja. Si la potencia se expresa en W y el tiempo en segundos, el producto (cantidad de energía) queda en J. De esta forma, un bombillo de 20 W que trabaja durante sesenta segundos debe consumir 20 W x 60 s = 1 200 J.

Debido a que el joule es una cantidad muy pequeña para la mayoría de los casos prácticos, frecuentemente se usa una unidad que es de 3 600 000 veces mayor, que resulta de multiplicar la potencia en kW por el tiempo en horas, en lugar de segundos. Esta unidad recibe el nombre de kilowatt-hora o kWh (debe leerse así: kilowatthora y no kilowatt por hora).

De esta manera, una plancha de 1 200 W (1,2 kW) que trabaja durante dos horas consume 1,2 kW x 2 h = 2,4 kWh.

Tabla 1.Tarifa actual del servicio eléctrico
para el sector residencial por cada kilowatt-hora consumido


En esta unidad se contabiliza la energía que nos suministra la Unión Nacional Eléctrica (UNE), y que se mide mediante un instrumento que tenemos en nuestras casas llamado metrocontador, o simplemente contador, y cuyo principio de funcionamiento tiene en cuenta tanto la potencia que pasa por él, como el tiempo durante el que ocurre ese paso. La medición combinada de ambos efectos produce un movimiento acumulativo que se registra en un conjunto de cifras numéricas que conforman un número: la indicación o lectura del contador. Esa lectura es la cantidad de kilowatt-hora que han pasado por ese instrumento desde que se instaló en ese lugar (en el supuesto de que estuviera en 00000 en el inicio). Y la diferencia entre dos lecturas cualesquiera es la cantidad de energía en kilowatt-hora que ha pasado por el contador durante ese período.

Medición del consumo
El personal de la UNE lee normalmente el contador una vez al mes, de ahí que la diferencia entre dos lecturas consecutivas representa el consumo en kilowatt-hora en ese tiempo, o sea, un mes. Esto se puede comprobar al observar con atención los recibos de cobro del servicio eléctrico, donde se refleja la lectura, la fecha, el consumo del mes en kilowatt-hora y su valor monetario. No obstante, cada persona puede hacer las lecturas con la frecuencia que desee, por lo que estará en condiciones de seguir o monitorear el consumo cada semana, cada día, e incluso durante el día en intervalos regulares o no. Si se divide el consumo determinado por las lecturas, por la cantidad de horas transcurridas entre una y otra lectura, se obtiene la potencia media o promedio de ese intervalo de tiempo.

Tabla 2. Cálculo del valor que debe pagar
un usuario que consuma 350 kWh en un mes

Si su lectura el 15 de septiembre de 2005 fue 08759 y el 15 de octubre del mismo año fue de 09029, su consumo en esos treinta días fue de 09029 – 08759 = 270 kWh, y su potencia media del mes se determina por: 270 kWh / (30 días x 24 horas) = 0,375 kW, o sea, 375 W. Este valor tiene que ser menor que la suma de las potencias de todos sus equipos eléctricos (que es su potencia instalada), pues no todos ellos están conectados simultáneamente las 24 horas del día, los treinta días del mes. El porcentaje que la potencia media representa de la potencia total instalada, recibe el nombre de factor de utilización, y permite pronosticar los consumos en determinadas situaciones.

Cálculo del valor monetario
Una vez determinado el consumo de energía de un mes, es posible calcular su valor monetario mediante la tarifa aplicable actualmente para el sector residencial (Tabla 1). Si el consumo es de 350 kWh en un mes, el usuario deberá pagar el resultado del cálculo expuesto en la tabla 2.

La mayor o menor potencia que en un instante está pasando puede ser juzgada por la rapidez de rotación del disco que posee el metrocontador. Observe que si sólo hay un radio conectado, el disco girará muy lentamente, mientras que si conecta una hornilla eléctrica, la rotación será mucho más rápida. Y como el disco está acoplado con el indicador de lectura, cuanto más rápidamente gira el disco, más avanzará la lectura del contador para un mismo tiempo, lo que significa un mayor consumo de energía.

Medición de potencias demandadas

¿Cómo puede medirse la potencia de un equipo eléctrico?
La respuesta es clara. De acuerdo con lo expuesto hasta ahora, la potencia se determina midiendo la rapidez de rotación del disco del contador. Dado que éste tiene una marca negra en su borde, es sencillo determinar su rapidez, que puede expresarse por el tiempo en segundos que demora en dar una vuelta si gira lentamente, o bien por la cantidad de vueltas que realiza en un tiempo razonable, digamos entre 60 y 180 segundos. Esta medición permite calcular, con una sencilla operación matemática, la cantidad de vueltas que daría el disco en una hora. Esto se determina dividiendo 3 600, que son los segundos que hay en una hora, por los segundos que se ha determinado demora el disco en dar una vuelta.

Para determinar potencias según la rapidez de rotación del disco, es preciso buscar en la cara del metrocontador un importante número, que representa la relación que existe entre el consumo dado de energía y la cantidad de vueltas que realiza el disco para ese consumo. Ese número es una constante para cada instrumento y se expresa como una cierta cantidad de vueltas por kiilowatt-hora; por ejemplo, 420 vueltas/kWh. Para mediciones periódicas es conveniente encontrar y anotar la constante del metrocontador que se tenga instalado. Este número también puede interpretarse como la rapidez del disco en vueltas por hora para una potencia de 1 kW. En el caso del ejemplo, serían 420 vueltas por hora, o 420/60 = 7 vueltas por minuto (también 60/7 = 8,6 segundos en dar una vuelta) para una potencia de 1 kW.

Por tanto, si se determina que un equipo provoca una rapidez de 3,5 vueltas por minuto, que es la mitad de la constante, la potencia media corresponderá a la mitad de
1 kW (1 000 W), es decir, 0,5 kW (500 W). Por supuesto, esto es cierto sólo si el equipo en cuestión está conectado durante la medición.

En resumen, tenemos que (vueltas/hora de la medición) / (constante de vueltas/kWh) = Potencia en kilowatt; o sea, la potencia (en kW) = 3 600 / (segundos para dar una vuelta x constante de vueltas/kWh). Si denominamos a los segundos para dar una vuelta con la letra t, la constante en vueltas/kWh con la C, y la potencia con la P, obtendremos la ecuación siguiente: P = 3 600 /(t x C).

Veamos un ejemplo: Se conecta sólo un refrigerador y se observa que el disco gira una vuelta completa en 62 segundos y la constante es de 420 vueltas/kWh, ¿qué potencia consume el refrigerador?

Rapidez: (3 600 s/hora) / (62 s/1 vuelta) = 58 vueltas/hora.
Potencia: (58 vueltas/hora) / (420 vueltas/kWh) = 0,138 kW = 138 W.

Puede tenerse en cuenta una importante recomendación para determinar la rapidez de giro de diferentes equipos. Para evitar tener que fijar la atención al mismo tiempo en el disco y en el reloj, se debe tomar siempre un número entero de vueltas y medir el número exacto de segundos transcurridos. Si el disco gira lentamente, es recomendable tomar una vuelta o dos, como se ilustra en el ejemplo, a fin de no demorar demasiado el tiempo en la medición. Pero si el disco gira rápidamente, lo que sucede con los equipos más potentes, como planchas, hornillas, cocinas y calentadores, es mucho más conveniente tomar un número mayor de vueltas (probablemente más de ocho). Es importante asegurar la exactitud de la medición del tiempo, cuya apreciación es de un segundo en los relojes ordinarios, pues de ella depende la exactitud del valor de la potencia obtenida. Nunca debe intentarse medir en equipos potentes los segundos invertidos en dar una sola vuelta, pues no se podrá nunca definir con exactitud cuándo pasa la marca del disco ni cuántos segundos transcurrieron.

A partir de este momento estamos en condiciones de determinar potencias instantáneas, lo que permite descubrir algún eventual desperfecto del equipo. Es importante hacer notar que hay equipos que pueden tener diferentes valores de la potencia, como ocurre con las hornillas, licuadoras o ventiladores con selector de diferentes intensidades, o equipos con varios componentes, como el agitador y la centrífuga de una lavadora. En esos casos se deben hacer determinaciones separadas para cada régimen de trabajo o componente del equipo.

También resulta interesante conocer cuánto consume al mes un equipo específico.
Una vez determinada su potencia, es necesario conocer o estimar cuántas horas al mes trabaja normalmente, y luego multiplicarlas por la potencia expresada en kilowatt (recuerde que 1 kW = 1 000 W). La estimación de las horas de trabajo de un equipo al mes (factor de utilización o de servicio individual) debe requerir observaciones o mediciones separadas. Por ejemplo, si el refrigerador referido en el ejemplo funciona cinco minutos y está parado durante quince minutos, su factor de servicio será de
5 / (5 + 15) = 0,25 = 25 %.

El tiempo efectivo de trabajo del refrigerador, para un mes de treinta días, será de 30 días/mes x 24 h/día x 0,25 = 180 h/mes, y su consumo debe ser 0,138 kW x 180 h/mes, es decir, 24,8 kWh/mes.

Sugerencia
Como ya sabemos determinar el consumo de energía eléctrica en nuestras casas y la demanda de los equipos electrodomésticos, debemos intentar realizar un estudio de las acciones que podemos acometer en el hogar para disminuir el importe total que debemos pagar por el servicio eléctrico. De esa forma colaboramos con nuestra economía doméstica y la del país.

* Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor de la Facultad de ingeniería Mecánica de la Universidad Central Marta Abreu, de Las Villas.
e-mail: proque@uclv.edu.cu