Vatio

El vatio (símbolo: W ) es la unidad de potencia o flujo radiante en el Sistema Internacional de Unidades ⁽ SI), equivalente a 1 julio por segundo o 1 ^{kg⋅m²⋅s⁻³}  . [ ^{1 ] [ 2 ] [ 3 ] Se} utiliza para cuantificar la tasa de transferencia de energía . El vatio recibe su nombre en honor a James Watt (1736-1819), un inventor , ingeniero mecánico y químico escocés del siglo XVIII que en 1776 mejoró la máquina de Newcomen con su propia máquina de vapor , que se convirtió en fundamental para la Revolución Industrial .

Cuando la velocidad de un objeto se mantiene constante a un metro por segundo frente a una fuerza opuesta constante de un newton , la tasa a la que se realiza trabajo es de un vatio. $${\displaystyle \mathrm {1~W=1~J{/}s=1~N{\cdot }m{/}s=1~kg{\cdot }m^{2}{\cdot }s^{-3}} .}$$

En términos de electromagnetismo , un vatio es la tasa a la que se realiza trabajo eléctrico cuando una corriente de un amperio (A) fluye a través de una diferencia de potencial eléctrico de un voltio (V), lo que significa que el vatio es equivalente al voltio-amperio (sin embargo, esta última unidad se utiliza para una magnitud diferente de la potencia real de un circuito eléctrico). $${\displaystyle \mathrm {1~W=1~V{\cdot }A}.}$$

Se pueden encontrar dos conversiones de unidades adicionales para el vatio utilizando la ecuación anterior y la ley de Ohm . $${\displaystyle \mathrm {1~W=1~V^{2}/\Omega =1~A^{2}{\cdot }\Omega } ,}$$ donde ohmio (${\displaystyle \Omega }$) es la unidad derivada del SI de resistencia eléctrica .

El vatio recibe su nombre del inventor escocés James Watt . ^{[ 5 ]} El nombre de la unidad fue propuesto por C. William Siemens en agosto de 1882 en su discurso presidencial al Quincuagésimo Segundo Congreso de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia . ^{[ 6 ]} Al observar que las unidades en el sistema práctico de unidades llevaban el nombre de físicos destacados, Siemens propuso que el vatio podría ser un nombre apropiado para una unidad de potencia. ^{[ 7 ]} Siemens definió la unidad dentro del sistema existente de unidades prácticas como "la potencia transmitida por una corriente de un amperio a través de la diferencia de potencial de un voltio". ^{[ 8 ]}

En octubre de 1908, en la Conferencia Internacional sobre Unidades y Estándares Eléctricos en Londres, ^{[ 9 ]} se establecieron las llamadas definiciones internacionales para las unidades eléctricas prácticas. ^{[ 10 ]} La definición de Siemens fue adoptada como el vatio internacional . (También se usa: 1 A ² × 1  Ω.) ^{[ 5 ]} El vatio se definió como igual a 10 ⁷ unidades de potencia en el sistema práctico de unidades. ^{[ 10 ]} Las "unidades internacionales" fueron dominantes desde 1909 hasta 1948. Después de la 9.ª Conferencia General de Pesas y Medidas en 1948, el vatio internacional se redefinió de unidades prácticas a unidades absolutas (es decir, usando solo longitud, masa y tiempo). Concretamente, esto significó que 1 vatio se definió como la cantidad de energía transferida en una unidad de tiempo, es decir, 1  J/s. En esta nueva definición, 1 vatio absoluto  = 1,00019 vatios internacionales . Es probable que los textos escritos antes de 1948 utilicen el vatio internacional , lo que implica precaución al comparar valores numéricos de este período con el vatio posterior a 1948. ^{[ 5 ]} En 1960, la XI Conferencia General de Pesas y Medidas adoptó el vatio absoluto en el Sistema Internacional de Unidades (SI) como unidad de potencia. ^{[ 11 ]}

Attowatt

La intensidad sonora en el agua correspondiente a la presión sonora de referencia estándar internacional de 1 μPa es aproximadamente 0,65 aW/m ² . ^{[ 12 ]}  

Femtovatio

Las potencias medidas en femtovatios se encuentran habitualmente en referencias a receptores de radio y radar . Por ejemplo, para obtener datos significativos sobre el rendimiento de un sintonizador de FM en cuanto a sensibilidad, reducción de ruido y relación señal/ruido, es necesario especificar la energía de RF aplicada a la entrada de la antena. Estos niveles de entrada suelen indicarse en dBf ( decibelios por cada femtovatio). Esto equivale a 0,2739 microvoltios con una carga de 75 ohmios o a 0,5477 microvoltios con una carga de 300 ohmios; la especificación tiene en cuenta la impedancia de entrada de RF del sintonizador.

Picovatio

Las potencias medidas en picovatios se utilizan habitualmente en referencia a receptores de radio y radar, acústica y en la ciencia de la radioastronomía . Un picovatio es el valor de referencia estándar internacional de la potencia sonora cuando esta magnitud se expresa en decibelios. ^{[ 13 ]}

Nanovatio

Las potencias medidas en nanowatts también se utilizan habitualmente en referencia a los receptores de radio y radar.

Microvatios

Las potencias medidas en microvatios se suelen indicar en sistemas de instrumentación médica como el electroencefalógrafo (EEG) y el electrocardiógrafo (ECG), en una amplia variedad de instrumentos científicos y de ingeniería, y en referencia a receptores de radio y radar. Las células solares compactas para dispositivos como calculadoras y relojes también se suelen medir en microvatios. ^{[ 14 ]}

Milivatio

Un puntero láser típico emite aproximadamente cinco milivatios de potencia lumínica, mientras que un audífono típico utiliza menos de un milivatio. ^{[ 15 ]} Las señales de audio y otros niveles de señales electrónicas se miden a menudo en dBm , con referencia a un milivatio.

Vatio

Las fuentes de alimentación de los ordenadores suelen especificarse en vatios; las tarjetas gráficas modernas suelen tener un TDP (potencia de diseño térmico ) de unos pocos cientos de vatios.

Kilovatio

El kilovatio se utiliza normalmente para expresar la potencia de salida de motores y la potencia de motores eléctricos , herramientas, máquinas y calentadores. También es una unidad común para expresar la potencia electromagnética de salida de transmisores de radio y televisión .

Un kilovatio equivale aproximadamente a 1,34 caballos de fuerza . Un pequeño calentador eléctrico con un elemento calefactor puede consumir 1 kilovatio. El consumo medio de energía eléctrica de un hogar en Estados Unidos es de aproximadamente 1 kilovatio. ^{[ ii ]}

Una superficie de 1 metro cuadrado en la Tierra recibe típicamente alrededor de un kilovatio de luz solar del Sol (la irradiancia solar ) (en un día despejado al mediodía, cerca del ecuador). ^{[ 17 ]}

Megavatio

Muchos eventos o máquinas producen o mantienen la conversión de energía a esta escala, incluyendo grandes motores eléctricos; grandes buques de guerra, portaaviones, cruceros y submarinos; grandes granjas de servidores o centros de datos ; y algunos equipos de investigación científica, como supercolisionadores , y los pulsos de salida de láseres muy grandes. Un gran edificio residencial o comercial puede consumir varios megavatios de energía eléctrica. En los ferrocarriles, las locomotoras eléctricas modernas de alta potencia suelen tener una potencia máxima de salida de5 o 6  MW , mientras que algunos producen mucho más. El Eurostar e300 , por ejemplo, utiliza más de12  MW , mientras que las locomotoras diésel-eléctricas pesadas normalmente producen y utilizan3 y 5  MW . Las centrales nucleares estadounidenses tienen capacidades netas de verano de entre aproximadamente500 y 1300  MW . ^{[ 18 ] : 84–101}

La primera mención del término megavatio en el Oxford English Dictionary ( OED ) se encuentra en la edición de 1900 del Webster's International Dictionary of the English Language . El OED también indica que el término megavatio apareció en un artículo publicado el 28 de noviembre de 1947 en la revista Science (506:2).

Gigavatio

Un gigavatio es el consumo energético anual promedio típico de una ciudad de 1,8 millones de habitantes y es la potencia de salida de una gran central eléctrica. El gigavatio se utiliza, por lo tanto, para grandes centrales eléctricas, redes eléctricas y, cada vez más, grandes centros de datos. ^{[ 19 ]} Por ejemplo, a finales de 2010, se esperaba que la escasez de energía en la provincia china de Shanxi aumentara a 5-6  GW ^{[ 20 ]} y la capacidad instalada de energía eólica en Alemania era de 25,8 GW. ^{[ 21 ]} La unidad más grande (de cuatro) de la central nuclear belga de Doel tiene una potencia máxima de 1,04  GW. ^{[ 22 ]} Se han construido convertidores HVDC con potencias nominales de hasta 2  GW. ^{[ 23 ]}

Teravatios

La energía primaria utilizada por los humanos en todo el mundo fue de aproximadamente 160 000  teravatios-hora en 2019, lo que corresponde a un consumo de energía continuo promedio de 18  TW ese año. ^{[ 24 ]} La Tierra misma emite 47 ± 2 TW, ^{[ 25 ]} mucho menos que la energía recibida de la radiación solar. Los láseres más potentes desde mediados de la década de 1960 hasta mediados de la década de 1990 producían energía en teravatios, pero solo durante intervalos de nanosegundos . El impacto promedio de un rayo alcanza un pico de 1  TW, pero estos impactos solo duran 30 microsegundos .

Petavatios

La generación actual de láseres puede producir un petavatio en escalas de tiempo del orden de picosegundos. Un ejemplo de ello es el láser Nova de Lawrence Livermore , que alcanzó una potencia de salida de 1,25 PW mediante un proceso denominado amplificación de pulsos modulados en frecuencia. La duración del pulso fue de aproximadamente 0,5 ps , lo que dio como resultado una energía total de 600 J. ^{[ 26 ]} Otro ejemplo es el Láser para Experimentos de Ignición Rápida (LFEX) del Instituto de Ingeniería Láser (ILE) de la Universidad de Osaka , que alcanzó una potencia de salida de 2 PW durante una duración de aproximadamente 1 ps . ^{[ 27 ] [ 28 ]}     

Basándose en la irradiancia solar total promedio de 1,361  kW/m² ^, [ ^{29 ] la} potencia total de la luz solar que incide en la atmósfera terrestre se estima en 174  PW. La tasa promedio de calentamiento global del planeta, medida como el desequilibrio energético de la Tierra , alcanzó aproximadamente 0,5  PW (0,3 % de la potencia solar incidente) para 2019. ^{[ 30 ]}

Yottawatt

La potencia de salida del Sol es de 382,8  YW, aproximadamente 2 mil millones de veces la potencia estimada que llega a la atmósfera terrestre. ^{[ 31 ]}

En la industria de la energía eléctrica , el megavatio eléctrico ( MWe ^{[ 32 ]} o MW _e ) ^{[ 33 ]} se refiere por convención a la potencia eléctrica producida por un generador, mientras que el megavatio térmico o megavatio térmico ^{[ 34 ]} (MWt, MW _t o MWth, MW _th ) se refiere a la potencia térmica producida por la planta y el megavatio mecánico (MW _m ) a la potencia mecánica . ^{[ 35 ]} Por ejemplo, la central nuclear Embalse en Argentina utiliza un reactor de fisión para generar 2109  MW _t (es decir, calor), que crea vapor para accionar una turbina, que genera 648  MW _e (es decir, electricidad). A veces se utilizan otros prefijos del SI , por ejemplo, gigavatio eléctrico (GW _e ). La Oficina Internacional de Pesas y Medidas , que mantiene el estándar SI, establece que la información adicional sobre una magnitud no debe adjuntarse al símbolo de la unidad, sino al símbolo de la magnitud (por ejemplo, P _th = 270 W en lugar de P = 270 W _th ), por lo que estos símbolos de unidades no pertenecen al SI. ^{[ 36 ]} En cumplimiento con el SI, la compañía energética Ørsted A/S utiliza la unidad megavatio para la potencia eléctrica producida y la unidad equivalente megajulio por segundo para la potencia térmica suministrada en una central de cogeneración como la central eléctrica de Avedøre . ^{[ 37 ]}

Al describir la electricidad de corriente alterna (CA), se hace otra distinción entre el vatio y el voltio-amperio . Si bien estas unidades son equivalentes para circuitos resistivos simples , difieren cuando las cargas presentan reactancia eléctrica .

Las emisoras de radio suelen indicar la potencia de sus transmisores en vatios, refiriéndose a la potencia radiada efectiva . Esto se refiere a la potencia que una antena dipolo de media onda tendría que irradiar para igualar la intensidad del lóbulo principal del transmisor .

Los términos potencia y energía son magnitudes físicas distintas pero estrechamente relacionadas. La potencia es la velocidad a la que se genera o consume energía y, por lo tanto, se mide en unidades (por ejemplo, vatios) que representan energía por unidad de tiempo .

Por ejemplo, cuando una bombilla de 100 W se enciende durante una hora, la energía consumida es de 100 vatios - hora (W·h), 0,1 kilovatios-hora o 360 kJ . Esta misma cantidad de energía bastaría para encender una bombilla de 40 vatios durante 2,5 horas o una de 50 vatios durante 2 horas. 

Las centrales eléctricas se clasifican utilizando unidades de potencia, normalmente megavatios o gigavatios (por ejemplo, la presa de las Tres Gargantas en China tiene una potencia nominal de aproximadamente 22 gigavatios). Esto refleja la potencia máxima que puede alcanzar en un momento dado. Sin embargo, la producción anual de energía de una central eléctrica se registra utilizando unidades de energía (no de potencia), normalmente gigavatios-hora. La producción o el consumo de energía a gran escala se suele expresar en teravatios-hora para un período determinado; generalmente un año natural o un año fiscal. Un teravatio-hora de energía equivale a un suministro sostenido de potencia de un teravatio durante una hora, o aproximadamente 114 megavatios durante un año.

Potencia de salida = energía / tiempo

1 teravatio hora por año =1 × 10 ¹²  W·h / (365 días × 24 horas por día) ≈ 114 millones de vatios,

equivalente a aproximadamente 114 megavatios de potencia de salida constante.

El vatio-segundo es una unidad de energía, equivalente al julio . Un kilovatio-hora equivale a 3.600.000 vatios-segundo.

Si bien un vatio por hora es una unidad de tasa de cambio de potencia con el tiempo, ^{[ iii ]} no es correcto referirse a un vatio (o vatio-hora) como un vatio por hora. ^{[ 38 ]}

• Balanza de croquetas (anteriormente conocida como balanza de vatios)
• Potencia nominal (fotovoltaica)
• Iniciativa de un vatio
• factor de potencia
• Constante solar
• Factores de conversión de potencia
• Vatímetro

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• Definición de vatio en el diccionario Wikcionario
• Borvon, Gérard. "Historia de las unidades eléctricas" .
• Nelson, Robert A. (febrero de 2000). El Sistema Internacional de Unidades: su historia y uso en la ciencia y la industria . Vía satélite. Cursos de ATI.