La determinación de la potencia eléctrica de un circuito se realiza de forma habitual por medio de un wattmetro, en sus diversas configuraciones. En la práctica, no siempre disponemos de tales instrumentos, especialmente cuando se necesita conocer la potencia de una carga o su factor de potencia.

Sin embargo, es habitual disponer de una tenaza amperimétrica y por medio de simples pasos medir el factor de potencia de una carga conectada a la red de corriente alterna. Una ventaja de usar la pinza amperimétrica es que no se requiere intervenir el circuito para efectuar la medición.

Supongamos que tenemos un motor funcionando en estado estacionario, sin grandes variaciones de velocidad. Esta carga será del tipo resistivo-inductivo y la corriente en ella estará atrasada respecto de la tensión de fase a neutro respectiva. Si la carga es trifásica, supondremos que se trata de una carga equilibrada y que tiene corrientes similares en cada fase. El análisis siguiente está hecho para una carga monofásica, pero su extensión a cargas trifásicas es muy simple de realizar.

En primer lugar, necesitamos disponer de una carga resistiva pura (que no tenga inductancia). Un muy buen ejemplo de ello es una simple ampolleta incandescente. En primera instancia, debemos conectar la ampolleta entre fase y neutro, en paralelo con la carga que se está midiendo. Enseguida se procede a medir tres corrientes:

a) La corriente que viene desde la fuente, denominada I fuente

b) La corriente que pasa por la ampolleta, denominada I ampolleta

c) La corriente que pasa hacia la carga, denominada I carga

Gráfico 1.

La corriente que circula por la ampolleta estará en fase con la tensión aplicada a la carga (porque la ampolleta es un elemento resistivo puro). La corriente que circula por la carga que se está midiendo, estará atrasada respecto de la misma tensión, porque es una carga resistiva-inductiva. En el punto central donde se conecta la ampolleta, es válida la siguiente relación:

Esta corresponde a la Ley de Kirchoff en el nudo respectivo, y es válida en todo evento, tanto para las corrientes instantáneas como para las mismas corrientes expresadas en el plano fasorial.

Si dibujamos los favores de corriente de esta relación, podemos aplicar el Teorema del Coseno, que nos señala que:

donde f es el ángulo de fase de la carga. Para el término coseno mostrado, es válida la igualdad:

Gráfico 2.

a partir de la cual se puede despejar el cos (f) deseado, por la expresión:

Si se desea conocer la potencia de la carga, se debe usar la expresión:

Como la resistencia de la ampolleta es igual a la razón entre la tensión de la fuente y la corriente que pasa por la propia ampolleta, se puede reducir la expresión anterior a:

Con este sencillo procedimiento, se podrá determinar la potencia activa de una carga monofásica cualquiera, el factor de potencia, la potencia aparente, potencia reactiva, etc. Este método se puede usar para medir estos mismos parámetros en cargas trifásicas, tanto equilibradas como desequilibradas.

Precauciones

En primer lugar, no es recomendable que la corriente de la carga resistiva adicional (ampolleta) sea demasiado pequeña, porque como ésta se encuentra en el denominador de una división, una variación pequeña de su valor puede implicar grandes variaciones en el resultado.

Respecto de la sensibilidad del amperímetro de tenazas, se debe cuidar que en cada medición se escoja la escala más adecuada a cada medición. Por ello, si se usa con cuidado este procedimiento, se logrará determinar de manera aproximada, los valores que se andan buscando.