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ENERGIA Y POTENCIA - (ó KW Y KWHORA)

Aun a riesgo de pecar por redundantes hoy hablaremos, como en... “Hablando de Elefantes...”, de potencia y energía. En aquella charla el objetivo era transmitir el concepto de “cuanto” significaba un Kilowatio hora y estaba dirigida a un nivel para el cual no hacían falta conocimientos previos especiales. Usamos en esa oportunidad lo que se ha dado en llamar en términos campestres “el método del tero”, que en un lado canta y en otro pone el huevo. No es lo mismo después de esa charla, hablar de un kilowatio hora sin pensar en los 100 metros que hay que levantar al elefante. No tengo dudas que un muy buen porcentaje de televidentes capaces, inquietos, interesados en aprender, tienen desde esa época mas concepto que dos revistas, cuyo nombre no viene al caso, que publicaron el año pasado dos artículos míos con la única corrección “kw/hora en lugar de Kwhora” (sic) como decía mi original, confundiendo a la opinión publica y tergiversando mis apreciaciones. Kw/hora (o sea kilowatio sobre hora) es una unidad inexistente, un error insólito, mas proviniendo de una corrección y no de una omisión.

     Esta circunstancia, sumada a la considerable cantidad de preguntas en las que se visualiza ignorancia al respecto, me obliga a enfocar el tema desde otro ángulo, con otro objetivo Clarificar la diferencia entre potencia y energía, o lo que es lo mismo entre Kilowatio y kilowatiohora. Intentaré hacerlo con nuestra Usina Autónoma Rural.

“¿La URA sirve para accionar una bomba de riego?”... Es una pregunta mas que común de los televidentes interesados y la que mas pone en evidencia el desconocimiento y la confusión. La contestación acarrea por nuestra parte otra pregunta: ¿Cuántos HP o KW tiene de potencia? Establecido este dato, supongamos 3HP, veamos de cual de los tres componentes de la URA, a saber, generador, acumulador o conversor, depende este planteo. Si el conversor tiene suficiente potencia será posible. Por consiguiente con solo elegir un conversor de potencia adecuada se puede contestar afirmativamente. Los hay de 0,5;1;2;3 y 7,5 HP en existencia.

Sin embargo, inmediatamente surge la segunda pregunta: ¿Cuánto tiempo piensa regar?...Hablar de tiempo significa hablar ya de trabajo, de energía. 3 horas de funcionamiento de los 3HP son 9 Hphora o hablando de Kwhora, 6,5 .(1 HP= 0,736 KW). ¿Quién de nuestra URA tiene la energía necesaria? Si es una eólica y no hay viento el único componente será el banco de baterías. El concepto ya esta claro: la potencia depende del conversor y la energía, el trabajo , el consumo, de las baterías.

Un Formula 1, una Ferrari, un Mc Laren, una Buggati Veyron con sus 1001 HP tienen una potencia insólita pero si no tienen energía disponible no irán muy lejos.¿Donde esta su energía? Obvio, en su tanque de combustible. Avancemos unos pasitos para reafirmar conceptos.¿Tienen las baterías suficiente energía? Depende de la carga en el momento de conectar la bomba. Supongamos que son 22 baterías de 100 Amperes hora, con su carga completa, lo cual significan:

22 x 12,5 Voltios X 100 Amperes hora = 27,5 Kwhora

De los cuales podremos extraer, para proteger las baterías evitando una descarga total, ¾  partes, alrededor de 21 Kwhora, lo que a grandes rasgos significarían unas 3 horas de funcionamiento. Sin embargo como la capacidad de las baterías disminuye cuando la descarga es brusca, no alcanzará. La especificación de las baterías esta referida a una descarga en 20 horas y si pretendo descargarla en solo tres la capacidad es menor ( Ver artículos referidos a la materia). Un poco mas de paciencia y terminamos con el tema. Supongamos ahora que, o hay viento, o ponemos en marcha el generador de la URA, o ambas cosas, si el sistema es *híbrido. Parte de la energía de la bomba será entregada por los generadores y si falta por las baterías. Si sobra automáticamente se empleará para cargar las mismas. La colaboración del o los generadores dependerá de la potencia entregada y del tiempo que estuvieron generando, es decir, una vez mas energía es igual a potencia por tiempo.

 Razonemos ahora con los mismos conceptos, sobre energía y potencia entregadas por el sistema de generación. Supongamos que se trata de nuestro generador auto excitado con motor diesel de 3 KW. Cada hora de funcionamiento entregara, como es obvio, 3 Kwhora, pero recordemos que el *rendimiento de acumulación es del 70 % con lo cual necesitaremos 1,43 horas para que la baterías sean capaces de entregar los 3kwhora.

Si el generador es eólico la cuenta no es tan sencilla porque la potencia

 

 

entregada en cada instante depende de la intensidad del viento, a diferencia del motor que depende de la posición del acelerador.

Medir la energía significa colocar un medidor de consumo igual al que nos coloca la Cooperativa en el pilar de entrada en la ciudad. Medir la potencia entregada en cada instante por el diesel o el aero, o ambos a la vez, si es híbrido, significa leer el amperímetro de carga y multiplicar su lectura por la tensión de las baterías, medida en el voltímetro correspondiente, tomando la precaución de cortar el consumo pues el amperímetro marca la diferencia entre carga y descarga.

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Ing. Enrique O.Nielsen 

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HABLANDO DE ELEFANTES

Hagamos un  pequeño paréntesis y hablemos de conceptos energéticos. Es demasiado importante la cantidad de gente que no tiene bien claro la diferencia que existe entre ENERGIA Y POTENCIA  como para que nos permitamos el lujo de permanecer indiferentes.

Que es un HP?...Una unidad de potencia empírica con tantos años de historia que hasta resulta difícil ignorarla. Horse Power (caballo de fuerza) es efectivamente una manera empírica de representar la potencia que tenía el mas practico de los animales de carga del hemisferio occidental antes de la revolución industrial. La necesidad de ajustar la unidad con el avance de la tecnología la define con el correr de los años como la potencia necesaria para elevar un peso de 75 kg a un metro de altura en el transcurso de un segundo.

    Que es un Kilowatio?... Una unidad de potencia procedente de un sistema técnico de medición, basado en el sistema métrico decimal y cuya equivalencia con los HP  es :                        

   

Kw = 1,36  HP   o   HP = 0,736 Kw

Por tradición los mecánicos usan el HP y los electricistas el Kw. La tradición es tan fuerte que, como en el caso de las pulgadas, es difícil predecir hasta cuando tendrá validez semejante desatino...

Ahora volvamos a una definición de entrecasa: ¿que es un Kw asociando el concepto anterior?; es la potencia necesaria para elevar 102 Kg a un metro de altura en un segundo. Pretendemos de este modo suavizar el divorcio entre mecánicos y  electricistas y de paso nos ayudará a razonamientos posteriores.

Potencia, como su propio nombre lo indica es la capacidad de poder hacer algo; por ejemplo, de producir o transformar energía o trabajo, pero de ninguna manera es trabajo en si. Un motor puede ser muy potente pero mientras no este obligado a realizar ningún trabajo no produce ni consume energía.

La energía es, en cambio,  la potencia puesta de manifiesto durante un periodo de tiempo, es decir potencia por tiempo  y por lo tanto se mide en Kilowatios segundo,  Kilowatios hora, HP segundo, HP hora, etc. Es equivalente a trabajo y se mide en Kilogrametros lo cual surge también al multiplicar potencia por tiempo.

Para medir energía se usa el clásico y antipático  medidor que la cooperativa nos coloca en el pilar de entrada y cuya función es computar la energía (Kwhora) consumida. En cambio si queremos medir Potencia entregada o consumida, necesitaremos acudir a un instrumento no tan conocido llamado watimetro, o bien indirectamente a través de un amperímetro o pinza amperométrica en la suposición que la tensión entregada es constante.

    

Veamos un ejemplo conceptual:

   

Si un Kw es la potencia necesaria para elevar 102 Kg a un metro de altura en un segundo (o 1kg a102 metros que es lo mismo), veamos que representa un Kwatio hora en forma practica:

         kwatio hora = kwatio x 3600 segundos = 102 x 3600 Kg m

  =367.000 kg m

Es decir que un Kilowatio hora es la energía o trabajo necesario para elevar  ó 367.000 kg a un metro de altura ó 1 kg a 367.000 metros.

Después de pedir disculpas por esta aburrida pero imprescindible charla, que parecería que solo nos trae recuerdos de los mas temidos profesores de física, vamos a dar entrada a nuestro principal actor; hemos elegido para ello a un  elefante y no precisamente a cualquiera. Seleccionamos a un joven esbelto codiciado por todas las elefantitas jóvenes, que pesa exactamente 3670 Kg frente a los 4000 de promedio de los demás congéneres. Para tener claros los conceptos de energía, potencia y fuerza vamos a levantarlo por medio de algún mecanismo conocido, un guinche, un crique, etc.

FUERZA.- La primer pregunta tiene una respuesta obvia y sencilla: ¿Cuál es la fuerza necesaria para levantarlo? Pues el peso propio del elefante, o sea los 3670 Kg que ya habíamos hablado. ¿Con que los medimos? Pues con una balanza .

ENERGIA. Ahora no nos conformemos con levantarlo solo apenas separado del piso, sino que lo llevamos hacia arriba 100 metros. ¿Cuál ha sido la energía empleada para subirlo hasta esa altura? Como ya vimos, trabajo es energía y a su vez es el producto de la fuerza por el espacio recorrido, o sea 3.670 Kg x 100m = 367.000 Kgmetros. Si quisiéramos haber medido esa energía, ¿cuál seria el instrumento mas adecuado? Ayudando a la balanza, por ejemplo, usaríamos un  metro para asegurarnos la exactitud de los 100 metros y multiplicaríamos para llegar al resultado. Y si el guinche fuera eléctrico?...Bastaría con tomar el estado del medidor antes y después de elevarlo y ya sabríamos la energía eléctrica gastada, medida en  Kilowatios hora.

¿Qué cuantos Kw hora? Según lo que habíamos visto exactamente uno.

Como resumen  resulta que la energía necesaria para elevar el elefantito con peso aparentemente caprichoso a una altura de 100 metros es justamente un  Kwhora.

Dada nuestra estrecha relación con el ambiente Rural digamos que de la misma forma 1 Kwhora es la energía que gastan 1000 novillitos de 367 Kg en subir a los 50 camiones jaulas que los llevaran al Mercado de Liniers, suponiendo que el piso de la jaula esta a 1 metro de altura .

Nos quejamos del precio de la energía pero nunca pensamos lo que es capaz de hacer:

tres moneditas de 10 centavos alcanzan para levantar semejante mole a 100 metros de altura!!!

POTENCIA : ¿Es posible que su o mi nieto de 8 años sea capaz de levantar el elefante a los 100 metros de altura. Por supuesto que si: si el guinche tiene la suficiente multiplicación mecánica lo levantará sin dificultades. ¿Qué cuanto va a tardar? Ese es el tema: y aquí aparece el concepto de potencia. Si el Kilowatio hora lo gastamos en 24 horas, la potencia necesaria será  1/24 , o sea que si nos dan un día entero para subirlo, nos bastaría con un motorcito tan pequeño como el de un ventilador o una bomba de un lavarropas que cabe en un puño.

                          1 Kwhora/24 horas= 0,041 KW= 41 watios

Por otro lado veamos que pasa ahora si le sacamos el “banquito” al elefante ubicado a 100 metros de altura, tardará poco mas de 4 segundos en llegar al piso, lo cual significa una  potencia de:

                          1 Kwatio hora x 3600/4  = 900 Kw = 1220 HP

Del razonamiento se desprende entonces que para efectuar el mismo trabajo, es necesario un mecanismo de 1220 HP si queremos levantarlo tan rápido como en 4 segundos, pero que nos basta con 40 watios si nos dan un día entero para elevarlo a la misma altura. Nada mas ni nada menos  que 21.600 veces de diferencia.

A efectos de reafirmar conceptos analicemos un problema. Quien no conoce el tanque de las aguas corrientes? Es casi como un símbolo de Necochea. Un millón de litros de capacidad y a una altura entre los 35 y 40 metros. Tomemos para simplificar un numero que ya nos resulta familiar, 36,7 metros. ¿Cuál es la energía necesaria para llenarlo, medida en Kilowatios hora?...

   

Energía (kwhora) = 36,7 metros x 1000.000. Kg/367.000 = 100 Kwhora

No nos sentimos ahora en la necesidad de pedir perdón, por los improperios que mas de una vez lanzamos cuando llega la cuenta de la luz...?

    

El Tronador, cuya altura sobre el nivel del mar es de 3554 metros, acumula nieve en su cima que procede de la evaporación del agua de mar, como consecuencia de la radiación del Sol, única fuente de energía de nuestro planeta. Cada 100 Kg de agua elevados por ese proceso significan 1Kwatio hora según nuestro razonamiento anterior. Derretida esa nieve y embalsada en el Nahuel Huapi a casi 800 metros sobre el nivel del mar, de retorno nuevamente al mar a través del Limay,  dejara parte de esa energía sin duda en alguna de las turbinas de la cuenca del mismo, como parte los casi 5 millones de kilowatios de potencia instalada que diariamente pueden dejar  5 x 24 horas = 120 millones de Kwhora !!!  

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Ing. Enrique O.Nielsen 

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