Conceptos de electricidad: W, Wh, A, Ah, mAh, V

No es fácil orientarse entre los vatios, amperios, voltios, miliamperios-hora y vatios-hora que se utilizan en todas las fichas técnicas de los aparatos electrónicos que nos rodean cada día. Este artículo y algunos ejemplos prácticos le darán una idea más clara.

¿Cómo se determina la potencia eléctrica?

La electricidad es invisible, pero podemos ver sus efectos todos los días. Para que se haga una idea más intuitiva, tomemos el ejemplo de un depósito de agua utilizado para recoger el agua de lluvia y regar el jardín. La manguera se conecta al fondo de la cisterna, ya que es la altura del agua en la cisterna la que proporcionará la presión necesaria para el riego. Cuando disminuye la altura del agua en la cisterna, disminuye el caudal en la salida de la manguera. Para aumentar el caudal de agua, puedes reducir el diámetro de la salida para aumentar la presión: ¡todos lo hemos hecho de niños, jugando con la manguera! Las mismas reglas se aplican a la corriente eléctrica.

Resumiendo: La presión del agua a la salida depende de la altura del agua en el depósito y del diámetro de la tubería.

En electricidad, el principio es el mismo:
Potencia (presión del agua) = Tensión (altura del agua) x Corriente (diámetro de la tubería).

He aquí la fórmula para calcular la potencia eléctrica:
Potencia (P) = Tensión (U) x Intensidad (I), es decir, P = U x I
La potencia se expresa en vatios (W).
Tensión en voltios (V).
Corriente en amperios (A)
Vatios = Voltios x Amperios (W = V x A)

A partir de esta fórmula, también podemos calcular :
Tensión en voltios = Vatios / Amperios (V = W / A)
Corriente en amperios = vatios / voltios (A = W / V)

Ejemplo de cálculo de la potencia eléctrica

Cargador solar SunMoove:
Potencia: 3,2 A x 5 V = 16 W
Tensión: 16 W / 3,2 A = 5 V
Corriente: 16 W / 5 V = 3,2 A

Cargador de portátil:
Potencia: 2,37 A x 19 V = 45 W
Tensión: 45 W / 2,37 A = 19 V
Corriente: 45 W / 19 V = 2,37 A

Bomba de agua :
Potencia: 5,45 A x 220 V = 1200 W
Tensión: 1200 W / 5,45 A = 220 V
Corriente: 1200 W / 220 V = 5,45 A

Atención: utilice siempre las mismas unidades de medida para estos cálculos. El amperaje (corriente) de los pequeños dispositivos electrónicos suele expresarse en mA (miliamperios), lo que resulta más impresionante desde el punto de vista del marketing. Por lo tanto, antes de realizar los cálculos, debe ajustar la unidad correcta: 1000 mA = 1A. Las unidades como mV o mW apenas se utilizan en los dispositivos de consumo.

Nota: en general, la tensión (V) para alimentar un dispositivo electrónico no varía: 5 V, 12 V, 19 V, 220 V, etc. El poder (W) varía en función de la intensidad de corriente (A). Por ejemplo, puedes encontrar cargadores de 45 o 65 W con el mismo voltaje de 19 V para alimentar un portátil:
2,37 A x 19 V = 45 W cargador
3,42 A x 19 V = 65 W cargador
Lo mismo se aplica a los cargadores USB (5 V) para smartphones/tablets:
1 A x 5 V = 5 W cargador
Cargador de 2 A x 5 V = 10 W
Cargador de 4 A x 5 V = 20 W

¿Cómo se determina la cantidad de energía disponible?

Esta cuestión se plantea cuando se quiere determinar la autonomía de un aparato alimentado por batería o el tiempo necesario para cargar una batería. Para hacer este cálculo, tenemos que introducir el factor tiempo en las fórmulas, y aquí es donde vamos a utilizar la capacidad expresada en amperios-hora (Ah) y la cantidad de energía almacenada en vatios-hora (Wh).

Esta es la fórmula: Wh = V x Ah
De lo que se deduce: Ah = Wh / V y V = Wh / Ah y también h = Wh / W

Ejemplos

Con una batería de coche de 12 V x 60 Ah = 720 Wh

Supongamos que te olvidas de apagar los faros, que consumen 50 W.
¿Cuánto tardará en agotarse la batería si está llena?
720 Wh / 50 W = 14,4 h o 14 h 24 min (con 0,4 h x 60 min = 24 min)

Con una pila AA/LR6 de 1,2 V x 2 Ah (2.000 mAh) = 2,4 Wh

Su cámara utiliza 2 pilas AA. Tienes una reserva de 2 x 2,4 Wh = 4,8 Wh.
Si tu electrodoméstico se quedó sin energía en 2 horas, significa que consumió una media de 4,8 Wh / 2 h = 2,4 W durante esas 2 horas.

Con una batería externa de 10.000 mAh

El estándar comercial para expresar la capacidad de las baterías de los dispositivos portátiles (powerbanks, baterías de smartphones o tabletas) suele expresarse en mAh, lo que no representa bien la energía realmente almacenada, que se determina en Wh.

Si tomamos una batería externa de 10.000 mAh, ¿cuánta energía almacenará?
Volvamos a la fórmula: Wh = V x Ah
No tenemos el voltaje de la batería (V), que tenemos que encontrar en la etiqueta de la batería o en la hoja de datos. En general, la tensión es de 3,7 V para las pilas pequeñas.
Entonces hay que convertir mAh en Ah: 10.000 mAh = 10 Ah.
Ahora tenemos todos los datos que necesitamos para calcular la energía almacenada:
3,7 V x 10 Ah = 37 Wh

Las baterías externas pequeñas utilizan celdas de 3,7 V, las más grandes de 7,4 V y las baterías de PC suelen utilizar celdas de 14,8 V. Así que, indicando sólo una capacidad de 10.000 mAh, podemos tener grandes diferencias en las reservas de energía dependiendo del voltaje de la batería:
3,7 V x 10 Ah = 37 Wh
7,4 V x 10 Ah = 74 Wh
14,8 V x 10 Ah = 148 Wh

El mismo principio se aplica a las baterías de las bicicletas eléctricas:
36 V x 10 Ah = 360 Wh
48V x 10 Ah = 480 Wh

¿Cómo se calcula el tiempo de carga de una batería?

Tomemos como ejemplo el tiempo de carga de una batería externa de 10.000 mAh con un cargador solar de 16 W. Hemos visto que una pequeña batería externa de 10.000 mAh almacena en realidad 37 Wh. Apliquemos la fórmula h = Wh / W con 37 Wh / 16 W = 2,31 h o 2 h 19 min… en teoría.

De hecho, la corriente de carga es limitada en la mayoría de los dispositivos. Supongamos que tu smartphone acepta 2 A a 5 V como máximo para cargarse, es decir, 2 A x 5 V = 10 W. Por tanto, aunque el cargador pueda suministrar hasta 16 W, solo absorberá 10 W. En realidad, el tiempo de carga es mayor: 37 Wh / 10W = 3,7 h o 3 h 42 min.

Sigamos con este ejemplo en un día nublado, en el que el cargador solar sólo suministrará 5 W, y el tiempo de carga será obviamente mucho mayor: 37 Wh / 5 W = 7,4 h o 7 h 24 min.

Utilizando el ejemplo de una bicicleta eléctrica, con un cargador de 150W, tardarás al menos 3 horas en cargar una batería de 450Wh (450Wh / 150W = 3 horas).

¿Cómo se calcula el número de recargas de un smartphone con batería externa?

Coge un smartphone con una batería de 2000 mAh. Hemos visto antes que la energía almacenada en la batería será de hecho de 3,7 V x 2 Ah = 7,4 Wh. Si la batería externa es capaz de almacenar 37 Wh, entonces tienes 37 Wh / 7,4 Wh = 5 recargas disponibles en teoría.

Pérdidas

Los resultados de todos estos cálculos deben reducirse a la realidad. Cualquier transferencia de energía en un circuito eléctrico conlleva pérdidas (en forma de calor) y la capacidad de las pilas se deteriora con el tiempo. Es bastante difícil calcular con exactitud estas pérdidas, pero normalmente puede asumirse un margen de seguridad de entre el 10 y el 20%. Por ejemplo, aunque en teoría puedes recargar tu smartphone 5 veces con una batería externa, en realidad puedes contar con al menos 4 recargas (-20%) debido a las pérdidas.

Conclusión

Esperamos que estas explicaciones le ayuden a comprender mejor las características eléctricas de los aparatos electrónicos de consumo. Estos elementos deberían permitirle elegir con más conocimiento de causa cuando dude entre varios productos que ofrecen las mismas funciones y, sobre todo, apreciar mejor su autonomía real y los tiempos de carga/descarga de sus baterías.