La corriente alterna - FisicaModernaconLaboratorio

¿Qué diferencia existe entre 110 ó 220 volts?
La diferencia en cuestión es el voltaje, como mejor es la 220v, ya que para
una potencia determinada, la intensidad necesaria es menor, determinada
por la siguiente formula, P=V x I, P (potencia), V (voltaje), I (intensidad),por
ejemplo para un aparato d 3000w, en 220v la intensidad seria de unos 13
amperios, y se podría alimentar suficientemente con hilos de 2.5mm, pero en
cambio si el voltaje fuera a 110v la intensidad seria de unos 27amperios, y
habría que alimentarlo como mínimo con hilos de 6mm, con lo que
consecuentemente el presupuesto en cableado sería bastante mayor
La corriente alterna (ca) se comporta como su nombre lo indica. Los
electrones del circuito se desplazan primero en una dirección y luego en
sentido opuesto, con un movimiento de vaivén en torno a posiciones
relativamente fijas. Esto se consigue alternando la polaridad del voltaje del
generador o de otra fuente.
La popularidad de que goza la ca proviene del hecho de que la energía
eléctrica en forma de ca se puede transmitir a grandes distancias por medio
de fáciles elevaciones de voltaje que reducen las pérdidas de calor en los
cables.
La aplicación principal de la corriente eléctrica, ya sea cd o ca, es la
transmisión de energía en forma silenciosa, flexible y conveniente de un lugar
a otro.
Historia
A partir de los trabajos iniciales de físico Nikola Tesla, el también físico
Guillermo Stanley, diseñó, en 1885, uno de los primeros dispositivos
prácticos para transferir la CA eficientemente entre dos circuitos
eléctricamente aislados. Su idea fue la de arrollar un par de bobinas en una
base de hierro común, denominada bobina de inducción. De este modo
obtuvo lo que sería el precursor del actual transformador. El sistema usado
hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y pronto
perfeccionado por George Westinghouse, Lucien Gaulard, Juan Gibbs y Oliver
Shallenger entre los años a 1881 a 1889. Estos sistemas superaron las
limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), según se
pusieron de manifiesto en el sistema inicial de distribución comercial de la
electricidad, utilizado por Thomas Edison.
La primera transmisión interurbana de la corriente alterna ocurrió en 1891,
cerca de Telluride, Colorado, a la que siguió algunos meses más tarde otra en
Alemania. A pesar de las notorias ventajas de la CA frente a la CC, Thomas
Edison siguió abogando fuertemente por el uso de la corriente continua, de
la que poseía numerosas patentes (véase la guerra de las corrientes).
Utilizando corriente alterna, Charles Proteus Steinmetz, de General Electric,
pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la producción y
transmisión eléctrica.
Corriente alterna vs. Continua
La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su
facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua.
La energía eléctrica viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y
el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte
de energía eléctrica dependen de la intensidad, podemos, mediante un
transformador, elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensión). Con esto la
misma energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas
intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas por causa del
efecto Joule. Una vez en el punto de utilización o en sus cercanías, el voltaje
puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o doméstico de forma
cómoda y segura.
Corriente trifásica
La generación trifásica de energía eléctrica es la forma más común y la que
provee un uso más eficiente de los conductores. La utilización de electricidad
en forma trifásica es común mayoritariamente para uso en industrias donde
muchas de las máquinas funcionan con motores para esta tensión.
La corriente trifásica está formada por un conjunto de tres formas de onda,
desfasadas una respecto a la otra 120 grados
Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres
bobinas o grupos de bobinas, arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares
equidistantes entre sí. El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se
acopla en un punto, denominado neutro, donde la suma de las tres
corrientes es cero, con lo cual el transporte puede ser efectuado usando
solamente tres cables.
El sistema trifásico es un tipo dentro de los sistemas polifásicos de
generación eléctrica, aunque con mucho el más utilizado.
Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua
(C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje
mantiene siempre su polaridad fija), se genera
Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa,
porque su polaridad se mantiene siempre fija.
La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante
de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante
siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos o hertz por
segundo posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante
cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo,
tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.
Veamos un ejemplo práctico que ayudará a comprender mejor el concepto
de corriente alterna:
Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad,
se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen
contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una
corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de
veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila para completar
una o varias vueltas completas durante un segundo.
Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada
segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo
o hertz por segundo (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5
vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos o hertz por segundo (5 Hz).
Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila,
mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene.
Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para
hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc.
es, precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o
senoidal.
En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene
una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América
la tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz.
La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes
generadores o alternadores ubicados en plantas termoeléctricas,
hidroeléctricas o centrales atómicas.
MULTIPLOS DE HERTZ (Hz)
Kilohertz (kHz) = 103 Hz = 1 000 Hz
Megahertz (MHz) = 106 Hz = 1 000 000 Hz
Gigahertz (GHz) = 109 Hz = 1 000 000 000 Hz
VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA
Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna, comparada con la
corriente directa o continua, tenemos las siguientes:
Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de
transformadores.
Se transporta a grandes distancias con poca de pérdida de energía.
Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.
Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de
ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen,
sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica.
Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más
sencillos y fáciles de mantener que los de corriente directa.
Cuando se hace oscilar un conductor en un campo magnético, el flujo de
corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el
movimiento físico del conductor. Varios sistemas de generación de
electricidad se basan en este principio, y producen una forma de corriente
oscilante llamada corriente alterna. Esta corriente tiene una serie de
características ventajosas en comparación con la corriente continua, y suele
utilizarse como fuente de energía eléctrica tanto en aplicaciones industriales
como en el hogar. La característica práctica más importante de la corriente
alterna es que su voltaje puede cambiarse mediante un sencillo dispositivo
electromagnético denominado transformador. Cuando una corriente alterna
pasa por una bobina de alambre, el campo magnético alrededor de la bobina
se intensifica, se anula, se vuelve a intensificar con sentido opuesto y se
vuelve a anular. Si se sitúa otra bobina en el campo magnético de la primera
bobina, sin estar directamente conectada a ella, el movimiento del campo
magnético induce una corriente alterna en la segunda bobina. Si esta
segunda bobina tiene un número de espiras mayor que la primera, la tensión
inducida en ella será mayor que la tensión de la primera, ya que el campo
actúa sobre un número mayor de conductores individuales. Al contrario, si el
número de espiras de la segunda bobina es menor, la tensión será más baja
que la de la primera.
La acción de un transformador hace posible la transmisión rentable de
energía eléctrica a lo largo de grandes distancias. Si se quieren suministrar
200.000 vatios de potencia a una línea eléctrica, puede hacerse con un
voltaje de 200.000voltios y una corriente de 1 amperio o con un voltaje de
2.000 voltios y una corriente de 100 amperios, ya que la potencia es igual al
producto de tensión y corriente. La potencia perdida en la línea por
calentamiento es igual al cuadrado de la intensidad de la corriente
multiplicado por la resistencia. Por ejemplo, si la resistencia de la línea es de
10 ohmios, la pérdida de potencia con 200.000 voltios será de 10 vatios,
mientras que con 2.000 voltios será de100.000 vatios, o sea, la mitad de la
potencia disponible.
En un circuito de corriente alterna, el campo magnético en torno a una
bobina varía constantemente, y la bobina obstaculiza continuamente el flujo
de corriente en el circuito debido a la autoinducción. La relación entre el
voltaje aplicado a una bobina ideal (es decir, sin resistencia) y la intensidad
que fluye por dicha bobina es tal que la intensidad es nula cuando el voltaje
es máximo, y es máxima cuando el voltaje es nulo. Además, el campo
magnético variable induce una diferencia de potencial en la bobina de igual
magnitud y sentido opuesto a la diferencia de potencial aplicada. En la
práctica, las bobinas siempre presentan resistencia y capacidad además de
autoinducción
Si en un circuito de corriente alterna se coloca un capacitor la intensidad de
corriente es proporcional al tamaño del condensador y a la velocidad de
variación del voltaje en el mismo. Por tanto, por un capacitor cuya capacidad
es de 2faradios pasará el doble de intensidad que por uno de 1 faradio. En un
capacitor ideal, el voltaje está totalmente desfasado con la intensidad.
Cuando el voltaje es máximo no fluye intensidad, porque la velocidad de
cambio de voltaje es nula. La intensidad es máxima cuando el voltaje es nulo,
porque en ese punto la velocidad de variación del voltaje es máxima. A través
de un capacitor circula intensidad —aunque no existe una conexión eléctrica
directa entre sus placas— porque el voltaje de una placa induce una carga
opuesta en la otra.
De los efectos indicados se deduce que si se aplica un voltaje alterno a una
bobina o capacitor ideales, no se consume potencia. No obstante, en todos
los casos prácticos los circuitos de corriente alterna presentan resistencia
además de autoinducción y capacidad, y se consume potencia. Esta potencia
consumida depende de la proporción relativa de las tres magnitudes en el
circuito.
Si se mueve el polo de un imán metiéndolo y sacándolo de una bobina con
movimiento armónico simple, el corte de líneas magnéticas va a generar una
fem. alterna. Cada electrón oscila en torno a una posición media.
Si se tiene un generador simple en el que la fuerza electromotriz en la
bobina gira con rapidez constante y cambia sinusoidamente con el tiempo, y
lo conectamos con un pedazo de alambre que obra como una resistencia
pura, esto es, su autoinducción y su capacidad son muy pequeños. El voltaje
entre los extremos del alambre y la corriente que pasan por él varían
En el eje de las X está delimitado el tiempo (el tiempo es directamente
proporcional al ángulo que ha girado la bobina del generador. Se debe tener
en cuenta que el voltaje y la corriente estan en fase, llegan a sus máximos
valores y a los valores nulos (0), que el voltaje máximo es de 170 voltios y la
corriente máxima es de 2 amperios, y que el periodo de la corriente y del
voltaje es de 1/60 seg. Y su frecuencia es de 60 ciclos.