La corriente alterna (CA) y la corriente continua (CC) son dos tipos de electricidad que se basan en la dirección del voltaje y la corriente. En los hogares, utilizamos sobre todo corriente alterna, ya que las redes están diseñadas para suministrar sólo corriente alterna. Pero en el caso del almacenamiento de energía, se utiliza CC. Las corrientes alternas varían con el tiempo y también su voltaje.
Todos los electrodomésticos de un hogar común están cableados para funcionar con este tipo de corrientes y fuentes de tensión. Para entender el funcionamiento de estos aparatos en la vida real, es esencial comprender los conceptos que hay detrás de la corriente alterna (CA). Veamos estos conceptos en detalle.
¿Qué es la Corriente Alterna?
La corriente alterna puede definirse como una corriente que cambia su magnitud y polaridad a intervalos regulares de tiempo. También puede definirse como un tipo de corriente eléctrica que cambia periódicamente de dirección, es decir, que fluye primero en un sentido y luego cambia su dirección al contrario del flujo inicial.
A diferencia de la corriente continua, que siempre fluye en una dirección específica, como se muestra a continuación.
En el gráfico, podemos ver que las partículas cargadas en CA tienden a empezar a moverse desde cero. Aumenta hasta un máximo y luego disminuye de nuevo a cero completando un ciclo positivo. A continuación, las partículas invierten su dirección y alcanzan el máximo en la dirección opuesta, tras lo cual la CA vuelve de nuevo al valor original completando un ciclo negativo. El mismo ciclo se repite una y otra vez.
Las corrientes alternas también suelen ir acompañadas de tensiones alternas. Además, la CA también se transforma fácilmente de un nivel de voltaje más alto a un nivel de voltaje más bajo.
Símbolo de voltaje de corriente alterna
El símbolo de voltaje de corriente alterna o símbolo de corriente alterna consiste en un círculo con una onda sinusoidal en su interior donde la onda sinusoidal dentro del círculo representa la forma de onda de la corriente alterna (CA) generada por la fuente.
Propiedades de la Corriente Alterna
Entonces podemos decir que la corriente alterna posee las siguientes propiedades:
- Una corriente alterna no tiene terminal positivo o negativo.
- La corriente alterna produce ondas sinusoidales.
- El flujo de carga eléctrica se invierte periódicamente.
- La capacidad de transportar corriente alterna a grandes distancias sin pérdidas significativas de energía es una de sus ventajas frente a la corriente continua.
- El valor de la corriente oscilará entre el valor máximo y el mínimo.
Generadores de Corriente Alterna
La corriente alterna se puede generar mediante dispositivos conocidos como alternadores. Aparte de estos, existen muchos circuitos que pueden producir tensiones y corrientes alternas.
Una de las formas más básicas de producir corriente o voltaje CA es mediante el uso de un generador de CA de bobina simple. El generador consta de imanes bipolares y un único bucle de cable que tiene forma rectangular. Para suministrar CA, se utilizan los siguientes tres cables:
- Cable caliente para transmisión de energía.
- El cable neutro está conectado a tierra; este cable proporciona una ruta de retorno para la corriente en el cable caliente.
- El tercer cable está conectado a tierra y vinculado a las partes metálicas para evitar riesgos de descarga eléctrica.
Obtenga más información sobre: Generadores de Corriente Alterna
Características de la corriente alterna (CA)
Existen diversas características de la corriente alterna, algunas de ellas se enumeran a continuación:
- Forma de onda sinusoidal
- Frecuencia y amplitud
- Valor promedio de corriente alterna
- Valor pico de corriente alterna
- Valor RMS de corriente alterna
- Fase y diferencia de fase
Analicemos estas características en detalle.
Forma de onda sinusoidal
La corriente alterna tiene una forma de onda que varía suavemente y es periódica con el tiempo, además de parecerse a una onda sinusoidal.
Debido a todas estas características de la forma de onda, se asemeja a una onda sinusoidal y representa el valor instantáneo de la corriente o la tensión a lo largo del tiempo. La forma de onda de la corriente alterna se denomina forma de onda sinusoidal debido a su similitud con la onda sinusoidal.
Los amplificadores de audio que trabajan con señales analógicas de voz o música producen ondas de corriente alterna irregulares. Algunos osciladores electrónicos producen ondas cuadradas o de diente de sierra.
Periodo y Frecuencia
Antes de profundizar en este tema, entendamos rápidamente algunos términos clave.
- Un ciclo es una única repetición de un flujo de corriente alterna “de ida y vuelta”.
- El tiempo que tarda un ciclo completo de la señal de CA se llama período.
- La unidad de medida del período es segundos (s).
La frecuencia de la señal de corriente alterna es el número de ciclos en un solo segundo.
La frecuencia se mide en hercios (Hz).
En Norteamérica, la frecuencia de la línea eléctrica es de 60 ciclos por segundo, o 60 Hz.
En el resto del mundo es más común 50 Hz.
Y si conocemos la frecuencia podemos retroceder y calcular el período.
Por ejemplo, usando 60 Hz…
Periodo = segundos / frecuencia
1 seg / 60 Hertz = 0.0167 segundos
Amplitud y Pico
La amplitud es una medida de la intensidad de una señal de CA y se utiliza para determinar el voltaje de la señal.
La amplitud está determinada por la altura máxima de la forma de onda.
Esto se conoce como valor pico o cresta de una forma de onda de CA.
Otra forma de medir la amplitud es medir la altura total entre picos opuestos.
Esto se conoce como valor pico a pico de una forma de onda de CA
Valor pico de la corriente alterna
El valor pico de una forma de onda de corriente alterna se refiere al valor positivo o negativo máximo alcanzado durante cada ciclo. Representa la mayor magnitud de la forma de onda. Generalmente, se representa como Im o I0.
Valor promedio de corriente alterna
El valor promedio suele definirse como la media de los valores instantáneos de la corriente alterna a lo largo de un ciclo completo. El medio ciclo positivo de las ondas asimétricas, como una forma de onda de tensión o corriente sinusoidal, será igual al medio ciclo negativo. Esto implica que el valor medio tras la realización de un ciclo completo es igual a cero.
Dado que ambos ciclos realizan algún trabajo, el valor medio se obtiene evitando los signos. Por lo tanto, el valor medio de las cantidades alternas de las ondas sinusoidales puede considerarse tomando sólo el ciclo positivo.
Valor RMS de corriente alterna
El valor RMS se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos. También puede describirse como la cantidad de potencia de CA que genera el mismo efecto de calentamiento que una potencia de CC equivalente.
Fase y diferencia de fase
En los sistemas de CA, pueden estar presentes múltiples formas de onda y pueden tener una diferencia de fase entre sí. La fase se refiere a la posición relativa de una forma de onda en comparación con otra.
La diferencia de fase generalmente se mide en grados o radianes. La diferencia de fase entre dos formas de onda de CA indica el desplazamiento angular entre ellas. Determina cómo se alinean las formas de onda entre sí en el tiempo.
Aplicación de la Corriente Alterna
La corriente alterna es la forma de corriente que más se utiliza en diferentes aparatos. Algunos de los ejemplos de corriente alterna incluyen señales de audio, señales de radio, etc. Una corriente alterna tiene una gran ventaja sobre la corriente continua, ya que la CA es capaz de transmitir energía a grandes distancias sin una gran pérdida de energía.
La CA se utiliza sobre todo en los hogares y las oficinas porque la generación y el transporte de corriente alterna a través de largas distancias es mucho más fácil. Además, la corriente alterna puede convertirse fácilmente en alta tensión mediante transformadores.
La CA también es capaz de alimentar motores eléctricos que convierten la energía eléctrica en energía mecánica. Por ello, la corriente alterna se utiliza en muchos electrodomésticos grandes, como frigoríficos, lavavajillas y muchos otros.
Ventajas de la CA
En la era moderna, la corriente que utilizamos es la corriente alterna. Esto se debe a que la generación de corriente alterna es más práctica que la producción de corriente continua en el generador.
Para producir corriente alterna el generador eléctrico no requiere ningún rectificador. La corriente alterna tiene el efecto de inducción debido al cual se basa la acción del transformador. Mediante el uso de transformadores de potencia (transformador elevador y transformador reductor) se puede elevar y reducir fácilmente la potencia eléctrica para fines de transmisión y distribución eléctrica.
Las corrientes alternas pueden reducirse fácilmente para fines de relé y medición en los sistemas de energía eléctrica. Otra ventaja menor, pero notable, de la CA es que podemos medir la CA con un tester de pinza o una pinza amperimétrica sin perturbar el circuito vivo.
Desventaja de la CA
La principal desventaja de la corriente alterna es que tiene efecto piel y efecto proximidad, cuando fluye a través de un conductor. Debido al efecto piel, una corriente alterna siempre intenta fluir a través de la superficie exterior del conductor, lo que aumenta la resistencia efectiva del mismo.
Para minimizar el efecto piel, generalmente, los conductores de CA se hacen trenzados para aumentar la superficie del conductor.
El efecto de proximidad es similar al efecto piel y, debido al efecto de proximidad, la distribución de la corriente a través de la sección transversal de un conductor se vuelve no uniforme.
El efecto de proximidad hace que la distribución de la corriente no sea uniforme en un conductor debido al efecto de inducción de la corriente en un conductor paralelo cercano.
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