Corriente alterna

Generación de la corriente alterna

La corriente alterna se produce mediante un generador de corriente alterna.

• Cuando el cable gira en el campo magnético, corta las líneas de flujo magnético.
• El flujo magnético cambiante, a través del cable, genera una fuerza electromotriz que impulsa las cargas eléctricas alrededor del cable.
• El cable conductor crea una corriente eléctrica oscilante que fluye en dos direcciones, dependiendo de la variación de la polaridad del imán.

Fig. 1: Un generador de corriente alterna nos permite transformar la energía mecánica que hace mover la espira.

Gráfico de la corriente alterna

Dado que las corrientes alternas se mueven de forma periódica y sinusoidal, su movimiento puede representarse mediante la gráfica del seno. La gráfica de la corriente alterna (que puedes ver a continuación) expresa la relación entre la tensión y el tiempo.

La CA alterna su intensidad con respecto al tiempo, entre valores positivos y negativos. Esto significa que cuando la corriente alterna circula por un circuito, la corriente circulará por los componentes en ambas direcciones. Una CA alcanzará valores máximos y mínimos (en términos de magnitud) y luego oscilará entre ellos (\(\pm I_{max}\)), repitiendo este ciclo cada cierto tiempo \(T\).

Gráfico de distintos tipos de corriente

A continuación, se muestra un gráfico que ilustra el movimiento de la corriente continua (CC), la corriente alterna (CA) y otros tipos de corrientes. La corriente continua tiene un valor constante en el tiempo (es decir, no oscila).

En la figura, se puede ver la corriente alterna en azul (gráfico sinusoidal) y la corriente continua en verde (gráfico lineal).

Fig. 2: La corriente alterna tiene una forma sinusoidal, mientras que la corriente continua es constante en el tiempo. Además, existen otro tipo de corriente, como la pulsatoria o la variable.

Fórmula de la corriente alterna

Podemos expresar la CA, matemáticamente, como una ecuación de onda sinusoidal:

\[I=I_{max}\sin(\omega t)\]

Donde:

• \(I\) es la corriente en un momento dado.
• \(I_{max}\) es el valor máximo de la corriente, en amperios (\(\mathrm{A}\)).
• \(\omega\) es la frecuencia angular, en radianes por segundo (\(\mathrm{rad/s}\)).
• \(t\) es el tiempo, en segundos (\(\mathrm{s}\)).

Del mismo modo, podemos utilizar la misma ecuación para expresar la tensión en el tiempo

\[V=V_{max}\sin(\omega t)\]

Donde:

• \(V\) es la tensión en un momento dado, en voltios (\(\mathrm{V}\)).
• \(V_{max}\) es la tensión máxima.

El periodo también puede expresarse en términos de frecuencia o velocidad angular, cuando sea conveniente:

\[T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{2\pi}{\omega}\]

Donde:

• \(f\) es la frecuencia, en hercios (\(\mathrm{Hz}\)).
• \(\omega\) es la velocidad angular (\(\mathrm{rad/s}\)).

Diferencias entre corriente continua y corriente alterna

Hay muchas diferencias entre la corriente alterna y la corriente continua. La corriente alterna oscila en dos direcciones, mientras que la corriente continua tiene una magnitud constante en el tiempo. Esto se debe al mecanismo que genera la CA, que es una espiral giratoria entre dos imanes —tal y como hemos visto al principio de este artículo—.

En la CA, a medida que la bobina gira, la dirección de los electrones que circulan por ella cambia, en función de su posición con respecto a los polos. Esto se debe a los colectores conectados a la bobina. Sin embargo, en la producción de CC, los anillos conectados a la bobina cambian los contactos entre la bobina y los cables del circuito, lo que hace que la corriente fluya en una sola dirección.

Además, la frecuencia de la corriente continua es nula, mientras que la frecuencia de la corriente alterna que llega a nuestros hogares está entre \(50\) y \(60\) \(\mathrm{Hz}\). Otra diferencia es, tal y como hemos visto en las gráficas anteriores, que la corriente alterna se describe con un movimiento sinusoidal (de ahí que la tensión varíe). En la corriente continua, la tensión y la corriente son constantes.

La siguiente tabla resume lo explicado:

Tabla 1: Principales diferencias entre la corriente alterna y la corriente continua.

Ejemplos de corrientes alterna y continua

La corriente alterna se emplea para alimentar algunos motores eléctricos; por ejemplo, los motores de inducción de CA. La corriente alterna también se utiliza para transmitir energía eléctrica desde las estaciones de generación de energía hasta las zonas urbanas para uso comercial, personal y otras instalaciones de uso industrial.

Fig. 3: La corriente alterna se utiliza para transmitir energía eléctrica desde las centrales eléctricas hasta las zonas urbanas.

La corriente continua se utiliza principalmente en aplicaciones de baja tensión, como las diferentes celdas de las baterías de los teléfonos inteligentes, las baterías de los ordenadores portátiles o las baterías de los coches. La corriente continua también se utiliza en los paneles solares, donde la corriente continua se convierte en corriente alterna, para el uso diario.

Media cuadrática de la corriente y tensión

La media cuadrática (RMS en inglés) del voltaje y de la corriente comparan las corrientes alternas con las corrientes continuas. Utilizamos los valores de la media cuadrática para la CA, que es el equivalente al valor de la CC, que produce la misma cantidad de trabajo. Los voltímetros de corriente alterna y los amperímetros dan una lectura de los valores de la media cuadrática de CA.

A continuación, se muestran las ecuaciones para hallar la media cuadrática del voltaje y la media cuadrática de la tensión:

\[\begin{align} I_{ef}=\dfrac{I_{max}}{\sqrt{2}} \\ \\ V_{ef}=\dfrac{V_{max}}{\sqrt{2}} \end{align}\]

El gráfico de abajo representa la CA de tensión-tiempo (en este caso, el símbolo \(V\) está representado por \(u\), ¡pero siempre debes usar \(V\) para la tensión!) El número 3 representa la media cuadrática para el voltaje.

Fig. 4: Tensión sinusoidal. El 1 representa la amplitud (pico), el 2 de pico a pico, el 3 es el valor eficaz y el 4 es el periodo de la onda.

Ejemplos de corriente alterna con la media cuadrática