La confusión entre Watts y Volt-Ampere (VA)

Los Watts, los VA y el Factor de Potencia

La potencia consumida por un equipo de computación es expresada en watios (W) ó Voltios-Amperios (VA). La potencia en watios es la potencia real consumida por el equipo. Se denomina Voltios-Amperios a la "potencia aparente" del equipo, y es el producto de la tensión aplicada y la corriente que por él circula.

Ambos valores tienen un uso y un propósito. Los watios determinan la potencia real consumida desde la compañía de energía eléctrica y la carga térmica generada por el equipo. El valor en VA es utilizado para dimensionar correctamente los cables y los circuitos de protección.

En algunos tipos de dispositivos eléctricos, como las lámparas incandescentes, los valores en watios y en VA son idénticos. Sin embargo, para equipos de computación, los watios y los VA pueden llegar a diferir significativamente, siendo el valor en VA siempre igual o mayor que el valor en watios. La relación entre los watios y los VA es denominada "factor de potencia" y es expresada por un número (ejemplo: 0.7) ó por un porcentaje (ejemplo: 70%).

El valor del consumo, en watios, para un ordenador, es típicamente 60 a 70% de su valor en VA

Virtualmente todas las computadoras modernas, utilizan una fuente de alimentación de tipo conmutada con un gran condensador de entrada. Debido a las características de éstos convertidores, éstas fuentes de alimentación presentan un factor de potencia de 0.6 a 0.7 , tendiendo las computadoras personales a 0.6. Esto significa que los watios consumidos por un ordenador típico son aproximadamente el 60% de su consumo medido en VA.

Recientemente fue introducida al mercado un nuevo tipo de fuente de alimentación, llamada fuente conmutada con factor de potencia corregido. Para éste tipo de fuente, el factor de potencia es igual a 1. Este tipo de fuente es utilizado en grandes servidores, usualmente con consumos sobre sobre los 500 watios. La mayoría de las veces, no será posible para el usuario determinar el factor de potencia de la carga, y por lo tanto deberá asumir el peor caso cuando calcule la potencia necesaria para un equipo de protección.

Los valores de potencia de un SAI

Un SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) también tiene valores en watios y en VA y ninguno de ambos (ni watios, ni los VA) puede ser excedido.

En muchos casos, los fabricantes solamente publican la potencia en VA del SAI. Sin embargo, es un estándar en la industria, que su valor en watios es aproximadamente el 60% del valor en VA, ya que es éste el valor típico del factor de potencia de las cargas. Por lo tanto, como un factor de seguridad, se debe asumir que la potencia en watios del SAI es el 60% del valor publicado en VA.

Ejemplos de cómo puede ocurrir un error de cálculo

Ejemplo 1: Considere el caso de un SAI de 1000 VA. El usuario quiere alimentar 9 lámparas incandescentes de 100 watios (total 900 watios). Las lámparas tienen un consumo de 900 W ó 900 VA, ya que su factor de potencia es 1. Aunque el consumo en VA de la carga es de 900 VA, lo cual está dentro de las características del SAI, el equipo no podrá soportar esa carga. Esto se debe a que el consumo de 900 watios supera la potencia en watios del SAI, que es aproximadamente el 60% de los 1000 VA de la especificación, es decir 600 watios.

Ejemplo 2: Considere el caso de un SAI de 1000 VA. El usuario quiere alimentar un servidor de 900 VA con el SAI. El servidor tiene una fuente de alimentación con factor de potencia corregido, y por lo tanto tiene un consumo de 900 watios ó 900 VA. Aunque los VA consumidos por la carga son 900, lo cual está dentro de las especificaciones del SAI, no podrá soportar esa carga. Esto se debe a que los 900W de la carga superan la potencia en watios del SAI, que es aproximadamente el 60% de los 1000 VA de la especificación, es decir 600 watios.

EFECTO SKIN EN CONDUCTORES

El efecto pelicular es un efecto eléctrico muy curioso. Se da únicamente en corriente alterna, y consiste en que la densidad de corriente se da principalmente por el exterior del conductor.
En corriente continua, la densidad de corriente es similar en todo el conductor (figura a), pero en corriente alterna se observa que hay una mayor densidad de corriente en la superficie que en el centro (figura b). Este fenómeno se conoce como efecto pelicular, efecto skin o efecto Kelvin. Hace que la resistencia efectiva o de corriente alterna sea mayor que la resistencia óhmica o de corriente continua.

Este efecto es apreciable en conductores de grandes secciones, especialmente si son macizos. Aumenta con la frecuencia, en aquellos conductores con cubierta metálica o si están arrollados en un núcleo ferromagnético.

Una forma de mitigar este efecto es el empleo en las líneas y en los inductores del denominado hilo de Litz, consistente en un cable formado por muchos conductores de pequeña sección aislados unos de otros y unidos solo en los extremos. De esta forma se consigue un aumento de la zona de conducción efectiva.

Otra forma de reducir su efecto es fabricar los conductores huecos, las llamadas barras de las subestaciones que son conductores rígidos en vez de los conductores habituales.

El efecto piel es que en la transmisión de corriente alterna entre mas alta sea la tensión es mas visible este efecto lo que pasa es que la corriente no se transmite en toda el área de sección transversal del conductor, sino que la mayor parte se hace por la periferia, en los conductores de muy alta tensión para evitar la perdida del material conductor se hacen huecos, ya que por el centro no conduce corriente, o son muy bajas casi despreciables. Por eso el ACSR. El alma de acero no es para transmitir corriente, es para  mejorar las propiedades mecánicas del conductor al que esta expuesto.

Hay 4 palabras claves para entender este concepto:

Frecuencia, profundidad de piel, flujo de electrones e impedancia del conductor.

Como sabemos no es lo mismo la corriente que circula por un alambre recto que por uno enrollado. Concentrémonos en el alambre recto:

Su hay una corriente en este alambre recto y dicha corriente es alterna se produce en Campo magnético E, que se expande y contrae a lo largo del conductor, y provoca un voltaje el cual se opone al flujo de corriente, bueno esto se conoce como auto-inductancia.

Ahora Imaginemos que este voltaje que se opone a la corriente en el centro(ES UNA IMPEDANCIA) del conductor, se hace mas grande con la frecuencia, provocando que el flujo de electrones tome el camino mas fácil,(donde la impedancia es menor) que es cerca del exterior. Por otra parte, la profundidad de piel en el conductor en el cual la densidad corriente de la onda portadora cae (1/e) , o el 37% de su valor a lo largo de la superficie, es conocida como profundidad de piel y es función de la frecuencia, permeabilidad y conductividad del medio.

Así, diversos conductores, tales como plata, aluminio, y cobre, tienen diversas profundidades de piel. El resultado neto del efecto piel es una disminución eficaz en el área de la superficie transversal del conductor, y por lo tanto, un aumento neto en la resistencia de AC del alambre .Por ejemplo para el cobre, la profundidad de piel es aproximadamente 0. 85 cm en 60 Hz y 0. 007 cm a 1Mhz, el flujo de electrones pierde la profundidad en el centro y tiende a viajar por las orillas, se redujo completamente el área transversal de conducción. Observando este ejemplo de otra forma, el 63% del flujo de corriente de RF en el alambre de cobre fluirá a una distancia de 0. 007 cm del borde exterior del cable.