En el trabajo de instalación eléctrica, ya sea amadora o profesional, surge con cierta frecuencia la necesidad de realizar algunos cálculos. Estos cálculos implican cuatro magnitudes eléctricas básicas, que se definen a continuación:
Nota: consulte también nuestra sección de matemáticas para electrónica.
a) Corriente eléctrica:
La corriente eléctrica es el "flujo" de electricidad, representando la cantidad de electricidad que pasa en un hilo. La corriente eléctrica se mide en una unidad denominada amperio, que es abreviada por A. En las fórmulas, la indicación de la magnitud corriente se realiza con la letra I. No confundir la representación de la cadena (I) con su unidad (A).
b) Tensión eléctrica:
La tensión eléctrica es la "presión" de la electricidad en el hilo siendo, por lo tanto, responsable de la corriente. Sólo hay corriente si hay tensión. La corriente se mide en voltios, cuya abreviatura es V. La tensión también se representa en las fórmulas por la letra V y eventualmente por la letra U.
c) Resistencia eléctrica:
La resistencia eléctrica es la oposición que un cuerpo ofrece al paso de la corriente. Ver que esta resistencia corresponde a la dificultad que la corriente encuentra en pasar por un cuerpo. La unidad de resistencia es el ohmio, que es abreviado por ohms que es la letra griega omega. En las fórmulas la resistencia está representada por la letra R.
(1) Potencia:
La potencia representa la cantidad de energía que un circuito recibe o produce en cada segundo. Esta energía se mide en vatios que se abre por la letra W. En las fórmulas la potencia se representa por la letra P.
Comenzamos por las fórmulas de resistencias:
Resistencia, tensión y corriente, están relacionadas por tres fórmulas, que corresponden a la "Ley de Ohm". En realidad, la relación existente entre las tres grandezas es una sola, y las dos fórmulas siguientes son consecuencia de la primera:
R = V / I
V = R x I
I = V / R
Estas fórmulas dicen entonces, que:
Para calcular la resistencia de un circuito, dividimos la tensión aplicada en este circuito por la corriente que circula en él.
Para calcular la tensión en un circuito, multiplicamos su resistencia por la corriente que en él pasa.
Para calcular la corriente en un circuito, dividimos la tensión en ella aplicada por su resistencia.
Ejemplos:
1) ¿Cuál es la resistencia de una lámpara que deja pasar una corriente de 0,5 A cuando se conecta a la red de 110 V?
En este caso:
I = 0,5 A
V = 110 V
Queremos calcular R:
Utilizamos la fórmula: R = V / I
Tenemos entonces:
R = 110 / 0,5
R = 220 ohms
La resistencia de la lámpara es, por lo tanto, de 220 ohms.
2) ¿Qué tensión debemos aplicar en una resistencia de 50 ohms para que pase una corriente de 2 A?
En este caso:
R = 50 ohms
I = 2 A
Queremos calcular V:
Utilizamos la fórmula:
V = R x I
V = 50 x 2
V = 100 volts
La tensión aplicada debe ser de 100 V.
3) ¿Cuál es la corriente que pasa en una resistencia de ducha de 22 ohms cuando conectamos en la red de 220 V?
En este caso:
V = 220 V
R = 22 ohms
Queremos calcular I:
Utilizamos la fórmula: I = V / R
I = 220/22
I = 10 ampères
La corriente circulante es de 10 ampères.
El lector debe tener cuidado de no confundir las unidades en estos cálculos.
Para que el lector se resuelva solo:
1) ¿Cuál es la resistencia de un pedazo de hilo que al ser conectado en una red de energía que establece una tensión de 110 V es recorrido por una corriente de 5 A?
2) ¿Qué tensión debemos aplicar en una resistencia de 50 ohms para que circule una corriente de 0,1A?
3) ¿Cuál es la corriente que pasa en una lámpara de resistencia 100 ohms, cuando la conectamos en la red de 220 V?
Respuestas: 1) 22 ohms; 2) 5 V; 3) 2,2 A.
Otra serie de fórmulas importantes son las que relacionan la potencia, la resistencia, la corriente y la tensión. La relación se denomina "Ley de Joule".
Tenemos entonces, las siguientes fórmulas (todas derivadas de una misma relación):
P = V x I
P = V2 / R
P = R x I2
Estas fórmulas nos dicen que:
Para calcular la potencia cuando tenemos la tensión y la corriente en un circuito, basta multiplicar uno por el otro, o sea, tensión x corriente.
Cuando tenemos la tensión y la resistencia, y queremos calcular la potencia, debemos, en primer lugar, elevar la tensión al cuadrado, o sea, hacer tensión x tensión, y el resultado de esta operación debemos dividir por la resistencia.
Cuando tenemos la resistencia y la corriente para calcular la potencia, debemos en primer lugar, elevar la corriente al cuadrado y el resultado multiplicar por la resistencia.
Ejemplos:
1) ¿Cuál es la potencia de una ducha, que se conecta a la red de 220 V, funciona con una corriente de 10 A?
En este caso:
V = 220 V
I = 10 A
Queremos calcular P:
Utilizamos la fórmula: P = V x I
P = 220 x 10
P = 2.200 watts
La potencia de la ducha es de 2.200 watts.
2) ¿Qué potencia tiene una lámpara en la que el filamento tiene una resistencia de 220 ohms, y que se utiliza en la red de 110 V?
En este caso tenemos:
R = 220 ohms
V = 110 V
Queremos calcular P:
Utilizamos la fórmula:
P = V2 / R
Entonces hacemos:
P = (110 x 110) / 220
P = 12 100/220
P = 55 watt
La potencia de la lámpara es de 55 watts.
3) ¿Cuál es la potencia requerida por un aparato que tiene una resistencia de 100 ohmios y que opera con una corriente de 0,2 A?
En este caso tenemos:
R = 100 ohms
I = 0,2 A
Queremos calcular P:
Utilizamos la fórmula:
P = R x I2
P = 100 x (0,2) 2
P = 100 x 0,2 x 0,2
P = 100 x 0,04
P = 4 watts
La potencia es de 4 watts.
Para que el lector se resuelva solo:
1) ¿Qué potencia consume un hierro eléctrico que trabaja en la red de 110 V y que requiere una corriente de 5 A?
2) ¿Cuál es la potencia de una lámpara cuyo filamento tiene una resistencia de 100 ohms y que trabaja con tensión de 100 V?
3) ¿Cuál es la potencia de una plancha cuya resistencia es de 55 ohms, y que trabaja en la red de 110 V?
Respuestas: 1) 550 W; 2) 100 W; 3) 220 W.
Recuerde que para calcular el consumo de un aparato en kilowatts hora, además de calcular su potencia en vatios, debemos convertirla en kilovatios (dividiendo por 1.000 el valor encontrado) y luego multiplicarse por el tiempo en horas que se enciende.