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Corriente alterna

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Se denomina Corriente alterna (CA ó AC en inglés) a la corriente eléctrica que cambia repetidamente de polaridad. esto es, su voltaje instantáneo va cambiando en el tiempo desde 0 a un máximo positivo, vuelve a cero y continúa hasta otro máximo negativo y así sucesivamente. La corriente alterna más comunmente utilizada, cambia sus valores instantáneos de acuerdo con la función trigonometrica seno, de ahí su denominación de corriente alterna sinusoidal.

A continuación se muestra la forma de onda de esta corriente:

Tensión sinusoidal

El suministro comercial de energía eléctrica utilizado de manera generalizada en nuestros dias se efectúa en corriente alterna.

El físico William Stanley Jr. diseñó uno de los primeros dispositivos prácticos para producir corrientes alternas. Su diseño de la llamada bobina de inducción, fue precursor de los modernos transformadores.
El diseño usado en nuestros días fue concebido por Nikola Tesla en 1882 y superaba las limitaciones encontradas por Edison para la distribución comercial de energía eléctrica en corriente continua.
El primer transporte de energía a larga distancia empleando corriente alterna tuvo lugar en 1891 en Estados Unidos, cerca de Telluride (Colorado), seguido por otro en Alemania unos meses más tarde.

Edison abogaba energicamente por el uso de la corriente continua, ya que tenía muchas patentes en esa tecnología pero al final el uso de la corriente alterna se impuso de manera general. Charles Proteus Steinmetz de General Electric resolvió muchos de los problemas asociados con la generación y transmision de la electricidad utilizando corriente alterna.

Al contrario que la corrriente continua, el voltaje de una corriente alterna puede ser elevado mediante un transformador. De acuerdo con la Ley de Ohm, las pérdidas de energía en las líneas de transmisión son dependientes del flujo o intensidad de corriente y no del flujo de energía, por lo que si mediante un transformador elevamos el voltaje hasta altos valores (alta tensión), la misma potencia puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y por tanto con bajas pérdidas. Una vez en el punto de utilización o en sus cercanías el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso doméstico de forma segura.

La generación trifásica de energía eléctrica es la forma más común y que provee un uso más eficiente de los conductores. La utilización de electricidad en forma trifásica es común mayormente para uso en industrias donde muchos motores están diseñados para su uso.

La corriente trifásica es un conjunto de tres formas de onda, desfasadas una respecto a la otra 120 grados, según el diagrama que se muestra a continuación.

Trifásica.png

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 una clase dentro de los sistemas polifásicos de generación eléctrica, aunque con mucho el más utilizado.

Cuando solo se necesita suministro de una sola fase, como sucede con el suministro doméstico, y la red de distribución es trifásica, esta consta de cuatro conductores, uno por cada fase y otro para el neutro. En este caso lo que se hace es ir repartiendo la conexión de los diferentes hogares entre las tres fases, de forma que las cargas de las cada una de ellas queden lo más igualadas (equilibrasdas) posible cuando se conectan muchos consumidores.

Por motivos de seguridad, a menudo se conecta un quinto hilo entre el interruptor principal o caja de fusibles del edificio y los aparatos eléctricos en el interior de cada hogar, este hilo es conocido como hilo de tierra. El hilo de tierra es conectado a una barra o pica de cobre clavada en el suelo en un lugar donde pueda ser humedecida convenientemente a fin de facilitar el mejor contacto con el terreno circundante. La legislación electrotécnica española prohibe, por seguridad, que esta toma de tierra se efectue a través de tuberias de agua o gas.

En caso de avería, por contacto accidental de una fase con la carcasa de un aparato, el hilo de tierra debe poder soportar la corriente necesaria para fundir el fusible y aislar el circuito averiado, evitando de esta forma que el usuario pueda sufrir daño por electrocución.

En adición a este sistema de protección, la legislación actual obliga a efectuar la conexión del suministro a cada hogar a través de una caja de protección que consta, como mínimo, de interruptor diferencial e interruptor magnetotérmico.

Las Matemáticas y la corriente alterna

Una tensión alterna v puede ser descrita matemáticamente como una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación:


v(t)=A \times\sin(\omega t),

donde

A es la amplitud en voltios (tambien llamada voltaje de pico),
ω es la velocidad angular en radianes/segundo, y
t es el tiempo en segundos.

Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros, la formula anterior se suele expresar como:


v(t)=A \times\sin(2 \pi f t),

donde

f es la frecuencia in hertzios.

El valor pico a pico de una tensión de una CA se define como la diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1, una tensión de corriente alterna oscila entre +A y -A. El voltaje pico a pico, escrito como VP-P, es por lo tanto (+A)-(-A) = 2×A.

La medida de una tensión de CA es tambien expresada algunas veces como su valor cuadrático medio (rms), que para una tensión sinusoidal es:


V_{rms}={A \over {\sqrt 2}}.

El valor Vrms es útil para calcular la potencia consumida por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC), VCC desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensión de CA de Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC.
Al valor cuadrático medio se le suele denominar, por ello, también valor eficaz.

Para ilustrar estos conceptos, vamos a poner un ejemplo práctico:

Cuando decimos que la red eléctrica doméstica en España es de 220 voltios CA, estamos diciendo que su valor eficaz (al menos nominalmente) es de 220 V., lo que significa que tiene los mismos efectos caloríficos que una tensión de 220 V. de CC. Para determinar su voltaje de pico (amplitud), podemos modificar la ecuación antes reseñada y tenemos:


A=V_{rms} \times \sqrt 2.

Así, para nuestra red de 220 V CA, el voltaje de pico VP o A es por lo tanto 220 V × √2 = 311 V (aprox.).

El voltaje pico a pico VP-P es más alto: 2 × 220 V × √2 = 622 V (approx.)


Referencias


Otras fuentes de información
Fuente: Wikipedia Notas