Esta calculadora facilita conversiones y dimensionamiento de potencia monofásica con precisión técnica para instalaciones industriales.
Incluye fórmulas, tablas y ejemplos para convertir kW, kVA, kVAr desde V y factor potencia.
Calculadora de potencia monofásica: kW, kVA y kVAr a partir de V, A y factor de potencia
Fundamentos eléctricos y definiciones para sistemas monofásicos
En sistemas monofásicos, la relación entre tensión, corriente y potencia se describe mediante tres magnitudes principales: potencia activa (P), potencia aparente (S) y potencia reactiva (Q). Es esencial comprender estas definiciones para dimensionar equipos, proteger circuitos y diseñar corrección del factor de potencia.
Definiciones técnicas
- Potencia activa (P): energía útil transformada en trabajo o calor, medida en vatios (W) o kilovatios (kW).
- Potencia aparente (S): producto de la tensión por la corriente sin considerar el desfase, medida en voltamperios (VA) o kilovoltamperios (kVA).
- Potencia reactiva (Q): componente de la potencia debida al desfase entre corriente y tensión, medida en voltamperios reactivos (VAr) o kilovoltamperios reactivos (kVAr).
- Factor de potencia (PF): coseno del ángulo de desfase (φ) entre tensión y corriente, PF = cos(φ), adimensional, típicamente entre 0.6 y 1.0 en instalaciones industriales.
Relaciones trigonométricas
El triángulo de potencias relaciona las tres magnitudes:
Fórmulas fundamentales aplicables en monofásica
Las fórmulas siguientes están expresadas en unidades del Sistema Internacional; adaptar las unidades para pasar a kW/kVA/kVAr cuando proceda.
Potencia activa (P)
Potencia aparente (S)
Potencia reactiva (Q)
Relaciones con factor de potencia
Explicación de variables y valores típicos
- V: tensión eficaz (V). Valores monofásicos típicos: 120 V (América), 230 V (Europa), 240 V (certas regiones). Norma IEC 60038 define tensiones normalizadas.
- I: corriente eficaz (A). Depende de la carga y del punto de medida.
- P: potencia activa (W o kW). Equipos domésticos pequeños: 0.1–5 kW; motores industriales: 1–500 kW.
- S: potencia aparente (VA o kVA). Representa la magnitud vectorial del esfuerzo sobre la instalación.
- Q: potencia reactiva (VAr o kVAr). Relacionada con bobinas, motores, condensadores y componentes inductivos/capacitivos.
- PF (factor de potencia): típico de cargas resistivas ≈ 1.0; motores sin corrección ≈ 0.6–0.85; cargas electrónicas con electrónica de potencia ≈ 0.6–0.98 dependiendo de corrección.
Tablas de referencia con valores comunes
Las siguientes tablas facilitan conversiones rápidas para tensiones monofásicas comunes (230 V y 120 V), incluyendo corrientes resultantes para distintos PF.
| Potencia activa P (kW) | PF | Corriente I a 230 V (A) | S (kVA) a 230 V | Q (kVAr) a 230 V |
|---|---|---|---|---|
| 0.25 | 1.00 | 1.09 | 0.25 | 0.00 |
| 0.25 | 0.85 | 1.28 | 0.294 | 0.164 |
| 0.5 | 1.00 | 2.17 | 0.50 | 0.00 |
| 0.5 | 0.85 | 2.56 | 0.588 | 0.328 |
| 1.0 | 1.00 | 4.35 | 1.00 | 0.00 |
| 1.0 | 0.80 | 5.43 | 1.25 | 0.75 |
| 5.0 | 0.85 | 25.0 | 5.88 | 3.20 |
| 10.0 | 0.85 | 50.0 | 11.76 | 6.41 |
| 20.0 | 0.95 | 91.5 | 21.05 | 6.78 |
| 50.0 | 0.90 | 241.5 | 55.56 | 24.60 |
| Potencia activa P (kW) | PF | Corriente I a 120 V (A) | S (kVA) a 120 V | Q (kVAr) a 120 V |
|---|---|---|---|---|
| 0.25 | 1.00 | 2.08 | 0.25 | 0.00 |
| 0.5 | 0.85 | 4.90 | 0.588 | 0.328 |
| 1.0 | 0.80 | 10.42 | 1.25 | 0.75 |
| 2.0 | 0.90 | 18.52 | 2.22 | 0.97 |
| 5.0 | 0.85 | 49.02 | 5.88 | 3.20 |
| 10.0 | 0.85 | 98.04 | 11.76 | 6.41 |
| 15.0 | 0.95 | 131.5 | 15.79 | 4.84 |
| 30.0 | 0.90 | 277.8 | 33.33 | 14.42 |
Notas sobre tablas: los valores de corriente se han calculado con I = (P × 1000) / (V × PF). S se obtiene como P / PF (en kW → kVA). Q se calcula como sqrt(S² - P²).
Consideraciones prácticas para dimensionamiento
Selección de conductores y protecciones
- El factor de simultaneidad y el coeficiente de corrección térmica deben aplicarse según normativa local (p. ej., UNE, IEC, NEC).
- Dimensionar conductores considerando la corriente de carga esperada y la temperatura ambiente; aplicar factores de corrección por agrupamiento y aislamiento.
- Seleccionar interruptores automáticos con corriente nominal mayor o igual a la corriente de carga y poder de corte acorde a la instalación.
Corrección del factor de potencia
Si PF es inferior a valores exigidos por la empresa distribuidora, debe implementarse corrección con bancos de condensadores:
Instrumentación y medición
- Instrumentos típicos: multímetros, pinzas amperimétricas True RMS, analizadores de calidad de energía y medidores de factor de potencia.
- Método de medida: medir tensión y corriente eficaces y PF sobre el mismo punto y en condiciones de carga representativas.
- Para cargas no sinusoidales y armónicas: usar analizadores True RMS y seguir recomendaciones de IEEE 519.
Ejemplos prácticos resueltos
Ejemplo 1 — Cálculo de kVA y corriente para una carga monofásica
Planteamiento: un motor monofásico conectado a 230 V consume 5,0 kW con PF = 0.85. Calcular la corriente (I), la potencia aparente (kVA) y la potencia reactiva (kVAr).
Datos:
- P = 5,0 kW = 5000 W
- V = 230 V
- PF = 0.85
1) Potencia aparente S (kVA):
2) Corriente I:
3) Potencia reactiva Q:
Q = 5.0 × 0.619 = 3.095 kVAr (coherente con el valor anterior).
Resultados:
- I ≈ 25.58 A
- S ≈ 5.88 kVA
- Q ≈ 3.10 kVAr
Ejemplo 2 — Dimensionamiento de corrección de factor de potencia
Planteamiento: una planta tiene una carga monofásica con P = 20 kW y PF actual = 0.78. La distribuidora exige PF ≥ 0.95. Calcular la capacidad de condensadores necesaria (kVAr) para elevar PF a 0.95.
Datos:
- P = 20 kW
- PF_actual = 0.78
- PF_objetivo = 0.95
Calculamos ángulos y tangentes:
Comprobación del PF final: tan(φ_f) = Q_f / P = 6.58 / 20 = 0.329 → φ_f = arctan(0.329) = 18.19°, PF_final = cos(φ_f) ≈ 0.95.
Resultado: instalar condensadores de aproximadamente 9.4 kVAr (redondear según modelos comerciales, p. ej. 10 kVAr con pasos y secciones para evitar sobrecompensación).
Ejemplo 3 — Conversión desde V y I a kW, kVA y kVAr
Planteamiento: en un circuito monofásico a 120 V se mide I = 35 A y PF = 0.92. Calcule P, S y Q en kW/kVA/kVAr.
Datos:
- V = 120 V
- I = 35 A
- PF = 0.92
1) S (kVA) = (V × I) / 1000 = (120 × 35) / 1000 = 4200 / 1000 = 4.2 kVA
3) Q (kVAr) = sqrt(S² - P²) = sqrt(4.2² - 3.864²) = sqrt(17.64 - 14.93) = sqrt(2.71) = 1.646 kVAr
Resultados:
- P ≈ 3.864 kW
- S = 4.2 kVA
- Q ≈ 1.646 kVAr
Errores comunes y prácticas recomendadas
- No confundir kW con kVA: el primero es la potencia útil, el segundo es magnitud de la carga sobre la instalación.
- Evitar dimensionamientos basados en PF = 1 si la carga es inductiva; siempre medir el PF real o usar valores conservadores.
- Al corregir PF, prever escalonamiento de bancos de condensadores y protecciones para evitar resonancias con armónicos.
- Considerar la normativa de la compañía suministradora sobre penalizaciones por PF bajo y límites de armónicos.
Aplicaciones avanzadas: grupos electrógenos y UPS
En alimentaciones por generador o UPS, la reserva de potencia aparente es crítica. Los fabricantes especifican kVA y factor de potencia (p. ej., 0.8). Si la carga se expresa en kW, transformar a kVA con S = P / PF especificado por el fabricante. Seleccionar generador con margen de arranque y sobrecarga según la aplicación.
Reglas prácticas
- Generadores suelen especificar potencias en kVA a PF = 0.8. Por ejemplo, si se requiere 40 kW con PF esperada 0.9, escoger kVA_generador ≥ 40 / 0.8 = 50 kVA (se verifica margen real usando PF real y factor de sobrecarga).
- Para UPS, considerar eficiencia, distortión armónica de salida y limitaciones de carga resistiva/inducciva.
Referencias normativas y recursos de autoridad
- IEC 60038 — "Voltages for mains" (normas de tensiones normalizadas). Disponible en: https://www.iec.ch
- IEC 60364 — "Electrical Installations of Buildings", para criterios de diseño y seguridad: https://www.iec.ch
- IEEE Std 141 — "Power Systems Guide" y IEEE Std 519 — "Harmonic Control", para calidad de energía y armónicos: https://standards.ieee.org
- NFPA 70 (NEC) — Código Eléctrico Nacional (Estados Unidos) para criterios de cálculo y protecciones: https://www.nfpa.org
- EN 50160 — Especificaciones de voltaje en redes públicas de suministro: https://ec.europa.eu/energy
Además de estas referencias, consultar fichas técnicas de fabricantes para precisión en selección de transformadores, generadores y bancos de condensadores.
Checklist rápido para usar la calculadora y verificar resultados
- Confirmar tensión nominal V y su tipo (rutina, pico momentáneo, fluctuaciones).
- Medir PF real con equipo True RMS si la carga es electrónica o no lineal.
- Usar la fórmula P = V × I × PF para obtener kW y S = V × I para kVA.
- Calcular Q por Q = sqrt(S² - P²) o Q = P × tan(acos(PF)).
- Redondear capacidades de condensadores a valores comerciales y prever pasos para ajuste fino.
Resumen técnico operativo
El dimensionamiento en monofásica requiere transformar entre kW, kVA y kVAr mediante fórmulas trigonométricas y físicas básicas. Mantener coherencia de unidades, medir PF y considerar efectos térmicos, armónicos y normativa vigente es imprescindible. La calculadora optimizada permite verificar corrientes, seleccionar cableado, protecciones y bancos de compensación con criterios normativos.
Recursos adicionales y lectura recomendada
- IEC Webstore — Normas IEC: https://webstore.iec.ch
- IEEE Xplore Digital Library — Artículos sobre calidad de potencia: https://ieeexplore.ieee.org
- NFPA — Norma NEC y guías prácticas: https://www.nfpa.org
- Documentación técnica de fabricantes de condensadores y generadores (Schneider Electric, Siemens, ABB, Eaton).
Si necesita, puedo preparar una hoja de cálculo con fórmulas preconfiguradas (Excel/LibreOffice) para realizar estas conversiones automáticamente y con controles de unidades y validación de datos.