Potencia reactiva y energía reactiva

Félix Redondo Quintela y Roberto C. Redondo Melchor.
Universidad de Salamanca.
30 de julio de 2007

Potencia reactiva

Momentos antes de una reunión, un colega que se dedica a física teórica dijo a uno de nosotros: “Tienes que explicarme un día lo que es la potencia reactiva.” “Seguro que no hace falta si te digo que es una magnitud con dimensión de potencia, pero que no es una potencia en sentido termodinámico.” “¡Ah!, ¿pero es eso?” Aunque se veía que se habían terminado sus problemas de comprensión del concepto, para mayor seguridad la explicación continuó: “Que se diga de un receptor que absorbe una potencia reactiva constante de 100 vatios, que aquí se llaman vares, no significa que en 10 segundos absorba una energía de 1000 julios. De hecho ese receptor puede no absorber nada de lo que en termodinámica se entiende por energía.”

Y es que, la potencia reactiva solo se llama potencia porque es el producto de voltios por amperios, que son vatios, que son unidades de potencia. Como ya era demasiado, se acordó, para aminorar la confusión, que no se llamaran vatios a los vatios de la potencia reactiva, sino voltios amperios reactivos, o VAr, vares. Pero nótese que esto es artificioso, porque la unidad es el producto de voltios por amperios, que son vatios.

Algo parecido pasa con el momento de una fuerza y con el trabajo. El momento de una fuerza tiene dimensión de energía, pues es fuerza por distancia, su unidad es el newton metro, que es el julio. Pero no es energía. Afortunadamente los científicos fueron ahí más prudentes, pues no le pusieron nombre de energía a pesar de que tenga sus mismas dimensiones, su misma unidad. Tampoco llaman julio a la unidad del momento de una fuerza, aunque formalmente lo es, sino que lo dejan en newton metro (Nm) y nunca ponen julio.

Previendo la confusión que se iba a producir con la potencia reactiva, confusión que ahora sabemos que se produce, algunos científicos se opusieron a que se diera el nombre de “potencia” a esa magnitud, pero no fueron escuchados. Nosotros creemos que, si les hubieran hecho caso, se habrían evitado muchos problemas de comprensión.

El concepto de potencia reactiva solo existe en las redes sinusoidales, en las redes que se llaman redes de corriente alterna.

En Redes Eléctricas de Kirchhoff pág. 451 y en Redes con Excitación Sinusoidal pág. 102 se expone con precisión el concepto de potencia reactiva.

Potencia reactiva de un receptor

En la forma habitual de hallar la potencia reactiva, el número que expresa la potencia reactiva de un receptor de corriente alterna puede ser positivo o negativo. Cuando es positivo se dice que ese receptor absorbe potencia reactiva, y cuando es negativo se dice que entrega o suministra potencia reactiva. Pero solo es una forma de hablar. De nuevo se debe insistir en que eso no significa que el receptor absorba ni entregue nada, sino solo que el número que da la potencia reactiva es positivo o es negativo.

Por ejemplo, la potencia reactiva de todas las bobinas es positiva, por eso se dice que las bobinas absorben potencia reactiva.
La potencia reactiva de todos los condensadores es negativa, por eso se dice que los condensadores entregan potencia reactiva, o que suministran potencia reactiva; también algunos dicen que los condensadores generan potencia reactiva. De nuevo hay que decir que el condensador no genera nada, no crea nada, pues no crea potencia en sentido termodinámico. Con esa expresión solo se quiere decir que el número que hemos llamado potencia reactiva del condensador es negativo. Incluso se llega a decir de los condensadores que son generadores de potencia reactiva. Pero los condensadores no son generadores de nada: una vez más, eso solo significa que su potencia reactiva es negativa.

Como se ve, no pocas veces el lenguaje no sirve para aclarar, sino para confundir.

Energía reactiva

Energía reactiva es el producto de la potencia reactiva por el tiempo, o, si la potencia reactiva no es constante, la integral de la potencia reactiva a lo largo del tiempo.

Por ejemplo, si una bobina de potencia reactiva 10 VAr (voltios amperios reactivos, que formalmente son vatios, como se ha dicho), está conectada 2 horas, como el producto de 10 VAr por 2 horas da 20 VAr.h, se dice que ha absorbido una energía reactiva de 20 VArh. Pero se insiste en que no ha absorbido ninguna energía; la expresión solo pretende indicar que esta “energía” es un número positivo. Por eso, aunque por la dimensión su unidad debería ser el vatio hora, la unidad se llama voltio amperio reactivo hora, o mejor, VArh. De nuevo este nombre artificioso se pone para llamar la atención de que esa cantidad no es energía con el significado que se le da en termodinámica, aunque en electrotecnia se llame energía.

Si se trata de un condensador de -10 VAr de potencia reactiva que se conecta durante 2 horas, “entrega” una energía reactiva de 20 VArh. Lo de “entrega”, solo significa, en realidad, que el producto -10 por 2 es negativo; pero, de nuevo, hay que decir que no entrega energía alguna.

En Redes Eléctricas de Kirchhoff y en Redes con Excitación Sinusoidal se expone por qué es útil el concepto de potencia reactiva.

Dicho falso o confuso sobre energía reactiva

Se dice con frecuencia que la energía reactiva es la energía que se entrega a las bobinas para crear campos magnéticos.

Esa frase confunde sobremanera. En primer lugar, transmite la idea de que se necesita energía para crear campos magnéticos por medio de corrientes eléctricas. Esto no es cierto: basta que haya corriente eléctrica para que el campo magnético exista. Si no se varía el valor de ese campo no se consume ninguna energía para mantenerlo. Sólo al pasarlo de cero al valor que sea, se necesita energía. Pero el campo entrega esa misma energía cuando se anula. Por tanto, no se gasta nada de energía para crear los campos magnéticos, ni siquiera para crear los que están variando todo el tiempo: cada vez que el campo pasa por cero ha entregado toda la energía que se empleó para crearlo.

Como la corriente que crea el campo magnético hay que mantenerla, sí se consume energía en la resistencia del hilo de las bobinas y del resto del circuito por donde circula esa corriente. Esa energía se transforma en calor, pero no se invierte en crear campo magnético. Si la corriente que crea el campo magnético es sinusoidal, esa energía que se consume en la resistencia no es energía reactiva, sino activa, y resulta ser la única energía que se consume.

Por tanto no se sabe muy bien lo que quieren decir los que hablan de la forma que se reproduce en el primer párrafo de este apartado.

Pero la confusión que originan es más amplia aún, pues también las corrientes de intensidad constante, las corrientes continuas, crean campos magnéticos. Así se crean, por ejemplo, los campos magnéticos de los inductores de la mayor parte de las máquinas eléctricas rotativas, incluidos los campos magnéticos de los alternadores síncronos. Según ese primer párrafo que comentamos, también ahora se estaría entregando energía reactiva a las bobinas para crear esos campos magnéticos. Pero la intensidad que está circulando por esas bobinas es continua, para la que no hay definida ninguna energía reactiva.

Expresiones ambiguas, como la que se comenta, aparecen en algunos tipos de publicaciones sobre electricidad y, en general, sobre ciencia. Hay que tener cuidado con ellas, porque pueden confundir.