Potencia en Circuitos CA Resistivos y Reactivos: Análisis Completo

En un sistema monofásico de 120 V, 60 Hz, una carga puramente resistiva consume 2 A (RMS) y disipa 240 W. Como la carga no tiene reactancia, las formas de onda de voltaje y corriente están en fase, y la forma de onda de potencia es siempre positiva.

A continuación se muestra el esquema del circuito resistivo básico:

Al graficar voltaje, corriente y potencia instantánea, las curvas de voltaje y corriente se superponen, mientras la curva de potencia se sitúa completamente sobre la línea cero, reflejando disipación continua de energía. La forma de onda de potencia oscila al doble de la frecuencia del voltaje o corriente porque la potencia es el producto de ambos.

Cargas Puramente Reactivas

Un circuito con solo un inductor (o capacitor) se comporta diferente. El voltaje lidera la corriente en 90°, y la potencia instantánea oscila arriba y abajo de cero, significando que la energía se absorbe y devuelve alternadamente a la fuente. La transferencia neta de energía sobre un ciclo es cero.

Esquema típico:

Cargas Mixtas Resistivo-Reactivas

Cuando resistencia e inductancia coexisten, la impedancia es compleja:

• Resistencia, R = 60 Ω
• Reactancia inductiva, X_L = 2πfL = 2π·60·0,160 = 60,319 Ω
• Impedancia, Z = R + jX_L = 60 + j60,319 Ω ≈ 85,078 Ω ∠ 45,152°

Con suministro de 120 V RMS, la corriente RMS es:

$$ I = \frac{V}{|Z|} = \frac{120\,\text{V}}{85,078\,\Omega} \approx 1,41\,\text{A} $$

El inductor en sí no disipa potencia real; meramente almacena y devuelve energía. El resistor disipa la porción real de la potencia, así que la carga consume más energía de la que devuelve.

Formas de onda ilustrativas:

Observe que la forma de onda de potencia pasa más tiempo sobre la línea cero que debajo, confirmando absorción neta de energía.

Conclusiones Clave

• Solo resistiva: Voltaje y corriente en fase; toda la potencia se disipa como calor.
• Solo reactiva: Voltaje y corriente 90° fuera de fase; no hay potencia neta disipada.
• Mixta: Ángulo de fase entre 0° y 90°; algo de potencia se almacena/devuelve por reactancia, mientras el resistor disipa el resto.

Como la onda de potencia instantánea tiene diferente frecuencia y comportamiento de fase que voltaje o corriente, es más preciso calcular potencia usando magnitudes escalares de voltaje, corriente, resistencia y reactancia en lugar de álgebra compleja.

Hoja de Trabajo Relacionada: Hoja de Trabajo de Potencia CA