Com mesurar l'energia elèctrica: Una guia completa
Què és l'energia elèctrica?
L'energia elèctrica es defineix com el producte de la potència elèctrica i el temps, i es mesura en joules (J). Un joule d'energia elèctrica és igual a un watt de potència consumida durant un segon. Matemàticament, podem escriure:
E=P×t
on,
E és l'energia elèctrica en joules (J)
P és la potència elèctrica en watts (W)
t és el temps en segons (s)
L'energia elèctrica i la potència són conceptes estretament relacionats. La potència elèctrica és la quantitat de corrent elèctric que flueix a través d'un circuit degut a una certa diferència de tensió a través d'ell. La potència elèctrica també és la taxa a la qual l'energia elèctrica es lliura o es consumeix per un dispositiu o un sistema. La potència elèctrica es mesura en watts (W), que són equivalents a joules per segon (J/s). Matemàticament, podem escriure:
P=V×I
on,
P és la potència elèctrica en watts (W)
V és la diferència de tensió en volts (V)
I és la corrent elèctrica en amperes (A)
Per mesurar l'energia elèctrica, hem de conèixer tant la potència elèctrica com la durada del temps per al qual s'aplica o es consumeix. Per exemple, si una bombolla de 100 W està encesa durant 10 minuts, llavors l'energia elèctrica consumida per ella és:
E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J
Unitats d'energia elèctrica
El joule és la unitat estàndard d'energia en el Sistema Internacional d'Unitats (SI), però és massa petit per a propòsits pràctics quan es tracta amb grans quantitats d'energia elèctrica. Per tant, s'utilitzen altres unitats per a mesurar l'energia elèctrica, com el watt-hora (Wh), el quilowatt-hora (kWh), el megawatt-hora (MWh) i el gigawatt-hora (GWh). Aquestes unitats s'obtenen multiplicant la unitat de potència (watt) per la unitat de temps (hora).
Watt-hora (Wh) és la quantitat d'energia elèctrica consumida per un dispositiu o un sistema que consumeix un watt de potència durant una hora. Mostra com de ràpid es consumeix la potència en un període de temps. Un watt-hora és equivalent a 3.600 joules. Per exemple, una bombolla LED de 15 W consumeix 15 Wh d'energia elèctrica en una hora.
Quilowatt-hora (kWh) és una unitat més gran d'energia elèctrica que s'utilitza habitualment per a electrodomèstics de llar i factures d'electricitat. Un quilowatt-hora és igual a 1.000 watt-hores o 3,6 megajoules. Per exemple, un frigorífic que consumeix 300 W de potència consumeix 300 Wh o 0,3 kWh d'energia elèctrica en una hora.
Megawatt-hora (MWh) és una unitat d'energia elèctrica que s'utilitza típicament per a mesurar la producció o el consum de grans centrales elèctriques o xarxes. Un megawatt-hora és igual a 1.000 quilowatt-hores o 3,6 gigajoules. Per exemple, una central tèrmica de carbó amb una capacitat de 600 MW produeix 600 MWh d'energia elèctrica en una hora.
Gigawatt-hora (GWh) és una unitat d'energia elèctrica que s'utilitza per a mesurar molt grans quantitats de generació o consum d'electricitat en llargs períodes de temps. Un gigawatt-hora és igual a 1.000 megawatt-hores o 3,6 terajoules. Per exemple, el consum total d'electricitat dels Estats Units el 2019 va ser d'uns 3.800 TWh o 3,8 milions de GWh.
La taula següent resumeix les unitats d'energia elèctrica i les seves conversions:
| Unitat | Símbol | Equivalent a |
|---|---|---|
| Joule | J | 1 J |
| Watt-hora | Wh | 3.600 J |
| Quilowatt-hora | kWh | 3,6 MJ |
| Megawatt-hora | MWh | 3,6 GJ |
| Gigawatt-hora | GWh | 3,6 TJ |
Com mesurar l'energia elèctrica amb un comptador
Per mesurar l'energia elèctrica, necessitem un dispositiu que pugui registrar la potència elèctrica i la durada del temps per al qual s'aplica o es consumeix. Un dispositiu d'aquest tipus s'anomena un comptador d'energia elèctrica o simplement un comptador d'energia. Un comptador d'energia és un dispositiu que mesura la quantitat d'energia elèctrica consumida per una residència, un negoci o un dispositiu alimentat per electricitat. Mesura la potència total consumida en un interval de temps i està calibrat en unitats de facturació, la més comuna sent el quilowatt-hora (kWh). Els comptadors d'energia s'utilitzen en circuits AC domèstics i industrials per a mesurar el consum d'energia.
Hi ha diferents tipus de comptadors d'energia, depenent de la tecnologia, el disseny i l'aplicació. Alguns dels tipus més comuns són:
Comptadors electromecànics: Són els comptadors tradicionals que utilitzen un disc metàl·lic rotatiu i un electroimant per mesurar la potència elèctrica i registrar-la en una sèrie de quadrants o un comptador mecànic. També s'anomenen comptadors d'inducció o comptadors Ferraris. Són simples, robustos i precisos, però tenen alguns inconvenients, com l'ús i desgast mecànic, susceptibilitat a la manipulació i interferència magnètica, i incapacitat per mesurar la potència reactiva o la qualitat de l'energia.
Comptadors electrònics: Són els comptadors moderns que utilitzen circuits electrònics i sensors per mesurar la potència elèctrica i mostrar-la en una pantalla digital o transmetre-la a un sistema remot. També s'anomenen comptadors d'estat sòlid o comptadors digitals. Tenen moltes avantatges sobre els comptadors electromecànics, com una major precisió, menys manteniment, lectura remota i comunicació, opcions de tarifes múltiples, i característiques avançades com la resposta a la demanda, el perfil de càrrega i l'anàlisi de la qualitat de l'energia.
Comptadors intel·ligents: Són comptadors avançats que utilitzen tecnologia digital i comunicació sense fil per mesurar la potència elèctrica i enviar-la a un sistema central o una xarxa de graella intel·ligent. També s'anomenen infraestructura de mesurament avançada (AMI) o sistemes de mesurament intel·ligent (IMS). Tenen molts beneficis sobre els comptadors electrònics, com la recol·lecció i anàlisi de dades en temps real, preus dinàmics i facturació, detecció i restabliment de tallades, gestió del costat de la demanda, i implicació del client.
