¿Qué es la Corriente Alterna (CA)?
La Corriente Alterna (CA), o Alternating Current (AC) en inglés, es un tipo de flujo eléctrico en el que la magnitud y el sentido de la corriente varían cíclicamente. A diferencia de la corriente continua (CC), donde los electrones fluyen en una sola dirección, en la CA la polaridad de la diferencia de potencial varía, haciendo que la corriente fluya primero en una dirección y luego se invierta periódicamente. La mayoría de los sistemas eléctricos que utilizamos, como la red eléctrica, operan con corriente alterna debido a sus ventajas en la transmisión y distribución de energía.
¿Cómo se obtiene la Corriente Alterna?
La CA se genera principalmente en centrales eléctricas, basándose en el principio de la inducción electromagnética, descubierto por Michael Faraday. Los generadores de corriente alterna (alternadores) hacen girar un conductor (como una bobina) dentro de un campo magnético. Este movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético induce una corriente eléctrica en el conductor que cambia de sentido periódicamente, produciendo así la forma de onda alterna, generalmente sinusoidal.
Una de las grandes ventajas de la CA es que su voltaje puede ser modificado fácilmente utilizando transformadores, lo que es crucial para transportar energía a largas distancias a voltajes elevados y luego reducirla para el consumo doméstico e industrial. En instalaciones fotovoltaicas, por ejemplo, un inversor convierte la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna compatible con la red eléctrica.
Valores Fundamentales de la Corriente Alterna
La corriente alterna sinusoidal se describe mediante varios valores fundamentales:
Fórmulas Principales
Valor Instantáneo ($v(t)$ o $i(t)$)
Es el valor de la tensión o corriente en un instante de tiempo específico. Se expresa generalmente como:
Donde $V_m$ e $I_m$ son los valores máximos (de pico) de tensión y corriente, $\omega$ es la frecuencia angular, $t$ es el tiempo y $\Phi$ es el ángulo de fase inicial.
Valor de Pico ($V_m$ o $I_m$)
Es el valor máximo que alcanza la onda, tanto en su parte positiva como negativa. También conocido como amplitud.
Período ($T$)
Es el tiempo que tarda la onda en completar un ciclo completo.
Unidad: Segundos (s)
Frecuencia ($f$)
Es el número de ciclos completos que la onda realiza en un segundo.
Unidad: Hertz (Hz) o ciclos por segundo (s⁻¹)
Frecuencia Angular ($\omega$)
Relaciona la frecuencia con el movimiento circular, útil para la representación vectorial.
Unidad: Radianes por segundo (rad/s)
Velocidad de giro del fasor
Valor Eficaz ($V_{ef}$ o $V_{rms}$ / $I_{ef}$ o $I_{rms}$)
Es el valor de una corriente continua que produciría la misma potencia disipada en una resistencia que la corriente alterna. Es el valor que miden la mayoría de los multímetros y el que se especifica para el voltaje de la red (e.g., 220V en Europa).
Fórmula (para ondas sinusoidales):
También conocido como RMS (Root Mean Square - raíz cuadrática media).
🧮 Calculadora de Valores AC
Representación Gráfica de la Corriente Alterna
1. Mediante Coordenadas Cartesianas (Onda Sinusoidal)
Se utiliza para mostrar la variación del valor instantáneo (tensión o corriente) con respecto al tiempo. Ajusta los parámetros para ver cómo cambian la amplitud, frecuencia y fase de una onda sinusoidal.
2. Mediante Representación Vectorial (Fasores)
Los fasores son una forma muy conveniente de representar magnitudes sinusoidales (tensiones y corrientes alternas) que tienen la misma frecuencia. Un fasor es un vector giratorio cuya longitud representa la amplitud (generalmente el valor eficaz o de pico) de la magnitud y cuyo ángulo con respecto a un eje de referencia representa la fase inicial.
- El fasor gira con una velocidad angular $\boldsymbol{\omega}$.
- Permite representar magnitudes alternas complejas (módulo y fase) como vectores estáticos en un plano, facilitando el análisis de circuitos mediante la suma y resta vectorial.
- Por ejemplo, un voltaje $\boldsymbol{V = V_{ef} \angle\Phi}$ se representa como un vector de longitud $\boldsymbol{V_{ef}}$ y ángulo $\boldsymbol{\Phi}$ en el plano complejo.
Ajusta los parámetros para visualizar dos fasores (por ejemplo, tensión y corriente) con diferentes amplitudes y un desfase.
Audio Explicativo: Conceptos Básicos de Corriente Alterna
Este audio ofrece una explicación de los conceptos básicos de la corriente alterna y sus representaciones.
Circuitos RLC
Los circuitos RLC son circuitos que contienen una Resistencia (R), una Bobina (Inductor - L) y un Condensador (Capacitor - C) conectados a una fuente de corriente alterna. Su comportamiento es fundamental en electrónica y electrotecnia.
Conceptos Clave:
Reactancia Inductiva ($\boldsymbol{X_L}$)
Oposición de una bobina al flujo de corriente alterna. Aumenta con la frecuencia.
Unidad: Ohm ($\Omega$)
Donde $L$ es la inductancia en Henrios (H).
Reactancia Capacitiva ($\boldsymbol{X_C}$)
Oposición de un condensador al flujo de corriente alterna. Disminuye con la frecuencia.
Unidad: Ohm ($\Omega$)
Donde $C$ es la capacitancia en Faradios (F).
Impedancia ($\boldsymbol{Z}$)
Es la "resistencia total" que un circuito presenta al paso de la corriente alterna. Es una magnitud compleja que considera la resistencia y las reactancias.
Unidad: Ohm ($\Omega$)
Es el análogo de la resistencia en circuitos de corriente continua.
🔗 Circuitos RLC en Serie
En un circuito RLC en serie, la corriente es la misma a través de todos los componentes, y los voltajes se suman fasorialmente.
Impedancia Total ($Z_{total}$)
Se calcula como la suma fasorial de la resistencia y las reactancias.
El ángulo de fase ($\varphi$) entre la tensión y la corriente total se calcula como $\varphi = \arctan\left(\frac{X_L - X_C}{R}\right)$.
Voltajes Parciales y Total
- Voltaje en la Resistencia ($V_R$) = $I_{total} \cdot R$ (en fase con la corriente)
- Voltaje en el Inductor ($V_L$) = $I_{total} \cdot X_L$ (adelanta 90° a la corriente)
- Voltaje en el Condensador ($V_C$) = $I_{total} \cdot X_C$ (atrasa 90° a la corriente)
El voltaje total aplicado ($V_{total}$) es la suma vectorial de $V_R$, $V_L$ y $V_C$.
Intensidades Parciales y Total
En un circuito serie, la intensidad ($I_{total}$) es la misma en todos los componentes y se calcula usando la Ley de Ohm generalizada:
🔀 Circuitos RLC en Paralelo
En un circuito RLC en paralelo, el voltaje es el mismo a través de todos los componentes, y las corrientes se suman fasorialmente. La resolución de circuitos en paralelo suele implicar el uso de admitancias (inversa de la impedancia) o el cálculo de corrientes parciales para luego sumarlas vectorialmente.
🧮 Calculadora RLC
Las Tres Potencias en Corriente Alterna
Tipos de Potencia
1. Potencia Activa (P)
Es la potencia útil o real que se consume y se disipa en el circuito (por ejemplo, en las resistencias), convirtiéndose en calor, luz o trabajo mecánico. Es la que realmente produce un trabajo.
Unidad: Vatio (W)
2. Potencia Reactiva (Q)
Es la potencia que se intercambia entre la fuente y los componentes reactivos (inductores y condensadores). No produce trabajo útil, pero es necesaria para el funcionamiento de los campos magnéticos y eléctricos.
Unidad: Voltio-Amperio Reactivo (VAR)
3. Potencia Aparente (S)
Es la potencia total entregada por la fuente, que incluye tanto la potencia activa como la reactiva. Es la "potencia total" que la red debe suministrar.
Unidad: Voltio-Amperio (VA)
Triángulo de Potencias:
Las tres potencias están relacionadas mediante el triángulo de potencias, que es una representación vectorial de estas magnitudes:
La relación matemática entre ellas es: $\boldsymbol{S^2 = P^2 + Q^2}$ (Teorema de Pitágoras).
🧮 Calculadora de Potencias
Factor de Potencia ($\cos(\varphi)$)
El factor de potencia es un indicador clave de la eficiencia con la que se utiliza la energía eléctrica en un circuito de corriente alterna. Se define como la relación entre la potencia activa (P) y la potencia aparente (S).
Fórmula:
Un factor de potencia cercano a 1 (o 100%) indica que la mayor parte de la potencia aparente se está convirtiendo en potencia útil (activa), lo que significa un uso eficiente de la energía. Un factor de potencia bajo implica que una gran parte de la potencia aparente es reactiva, lo que puede llevar a pérdidas de energía, sobrecarga en las líneas de transmisión y multas por parte de las compañías eléctricas.
Interpretación:
- • FP = 1: Circuito resistivo puro
- • FP = 0: Circuito reactivo puro
- • 0 < FP < 1: Circuito mixto
- • FP alto: Mayor eficiencia
💡 Importancia
Un factor de potencia bajo significa mayor corriente para la misma potencia útil, causando pérdidas y sobrecarga en la red eléctrica.
🧮 Calculadora Factor de Potencia
🏭 Aplicaciones de la CA
La corriente alterna en la industria y el hogar