CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

Corriente Contínua

La corriente continua la producen las baterías, las pilas y las dinamos.

Entre los extremos (bornes) de cualquiera de estos generadores eléctricos se genera una tensión constante que no varía con el tiempo y además, la corriente que circula al conectar un receptor a los bornes del generador es siempre la misma y siempre se mueve en el mismo sentido, del polo + al -.

Antes de seguir, te recomendamos el siguiente libro para aprender los principios básico de la electricidad y el cálculo de circuitos eléctricos, tanto de corriente contínua como de alterna: Libro Circuitos Eléctricos

El sentido de la corriente eléctrica se considera del + al -, pero el sentido del movimiento de los electrones, realmente es del - al +.

Para saber más sobre esto visita: Corriente Eléctrica.

Nota: si no tienes claro las magnitudes de tensión e intensidad, y lo que es la corriente eléctrica, te recomendamos que veas primero el siguiente enlace: Magnitudes Eléctricas.

Pongamos un ejemplo.

Si tenemos una pila de 12 voltios, todo los receptores que se conecten a la pila estarán siempre a 12 voltios de tensión, ya que al ser corriente continua, la tensión de la pila no varía con el tiempo y su polaridad tampoco, lo que significa que siempre el polo + y el negativo son los mismos.

Al conectar algún receptor a la tensión de la pila, una lámpara por ejemplo, la corriente que circula por el circuito es siempre constante, es decir, tiene el mismo número de electrones (Intensidad de Corriente), y no varÍa de dirección de circulación, siempre va en la misma dirección.

Conclusión: en c.c. (Corriente Continua o DC en inglés) el valor de la Tensión y su polaridad siempre es la misma,  y la Intensidad de corriente y la dirección de su movimiento tampoco varía, siempre circula en el mismo sentido.

Si tuviéramos que representar las señales eléctricas de la Tensión y la Intensidad en corriente continua en una gráfica quedarían de la siguiente forma:




Si la tensión en la gráfica es de 1 Voltio, siempre será de 1voltio y además la línea siempre estará por encima del 0V porque es de polaridad +, si fuera menos -1V estaría por debajo de la línea de 0V.

La gráfica de la intensidad será igual pero con el valor de la Intensidad que recorrerá el circuito al que hemos conectado un receptor, en nuestro caso siempre será 10 Amperios.

Como siempre circula en el mismo sentido será positiva, si cambiara de sentido sería negativa y estaría por debajo de la línea de 0 Amperios.

Prácticamente todos los aparatos, componentes y equipos electrónicos, como un ordenador, las lámparas leds, los transistores, etc, utilizan corriente continua.

OJO algunos, aunque usen corriente contínua, se conectan a corriente alterna, por ejemplo el ordenador, que se conecta al enchufe de casa pero la corriente se convierte en contínua.

Lo que hacen es convertir la corriente alterna del enchufe donde se conectan, en corriente continua por medio de una fuente de alimentación que llevan en su interior.

La relación entra la tensión y la intensidad de un circuito de corriente contínua viene determinada por la Ley de Ohm:

V = I x R

Donde V es la tensión, I la intensidad que recorre el circuito cuando conectamos a la tensión V un receptor con una Resistencia R.

La Potencia viene expresada como P = V x I

Si quieres saber cómo se resuelven los circuitos en corriemte contínua visita: Circuitos Eléctricos

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Corriente Alterna

Este tipo de corriente es producida por los alternadores (generadores de corriente alterna) y es la que se genera en las centrales eléctricas.

La corriente alterna es la más fácil de generar y de transportar, por ese motivo es la más habitual y la que usamos en los enchufes de nuestras viviendas.

Para producir este tipo de corriente hacemos girar el rotor del alternador (eje) 50 veces cada segundo, convirtiendo la energía mecánica en energía eléctrica en corriente alterna.

Se dice que la frecuencia de la corriente generada es de 50 HZ (Hertzios), da 50 vueltas cada segundo.

OJO en América se hace girar 60 veces por segundo (60Hz) en lugar de 50 como en España y Europa.

Gracias al electromagnetismo y la inducción electromagnética, el giro del alternador produce una Tensión en sus bornes que va cambiando con el tiempo de valor y de sentido.

Sus valores se representan mediante una onda senoidal, que puedes ver en la imagen de abajo.

El alternador generará una onda completa cada vuelta entera del rotor, pero como la velocidad de giro del alternador es constante, 50 vueltas por segundo, se generarán 50 ondas iguales cada segundo.




Nota: nosotros vamos analizar la tensión y la corriente alterna que genera el electromagnetismo, NO cómo la genera.

Si quieres saber cómo se genera visita: Generadores Eléctricos.

Veamos como es la onda de la tensión generada y que se repite constantemente:




Cuando el rotor está en el ángulo 0º la tensión tiene un valor de 0V.

Según va girando la tensión va aumentando hasta llegar a girar 90º que será cuando la tensión en sus bornes será la máxima (Vo)

Sigue girando pero ahora la tensión va disminuyendo de valor hasta llegar a valer 0V en 180º de giro del rotor.

Ahora la tensión cambia polaridad y se convierte en negativa, aumentando y llegando a su valor máximo en negativo cuando el rotor ha girado 270º.

Luego vuelve a aumentar en negativo hasta llegar de nuevo a 0V cuando el rotor ha girado una vuelta completa (360º)

Esto se repite constantemente, y a una velocidad de 50 veces por segundo.

Exactamente se genera una onda completa cada 20 milisegundos.

Si ahora conectamos a los bornes del alternador a un receptor, empezaría a circular corriente por el circuito cerrado.

La onda de la corriente que circula sería con la misma forma que la de la tensión, cambiando únicamente los valores, que normalmente serán menores, pero eso luegolo veremos.

Como puedes comprobar, en Tensión Alterna generada por los alternadores varía con el tiempo (no es constante) y además varía en cantidad y en polaridad.

La corriente (intensidad) hace lo mismo, cambia de valor y de sentido a un ritmo de 50 veces por segundo.

En los 20 milisegundos que dura la onda la corriente alterna pasa 2 veces por 0V (voltios) y 2 veces por la tensión máxima (Vo).

Es tan rápida la velocidad a la que se genera la onda, que cuando no hay tensión en los receptores no se aprecia y no se nota, ya que no les da tiempo a apagarse antes de llegar a la tensión máxima.

Solo hay un receptor donde esto se puede apreciar, en los tubos fluorescentes, produciéndose lo que se llama el efecto estroboscópico.

El tiempo que tarda en dar un vuelta completa o lo que es lo mismo, en crear una onda entera, es lo que se llama Periodo y se expresa con la letra T.

T = Periodo = tiempo vuelta u onda completa

Además la frecuencia es la inversa del periodo.

f = 1 / T

Ejemplo: si una onda tiene un periodo de 20 milisegundos. ¿Qué frecuencias tendrá?

20 milisegundos = 0,02 ⇒ f = 1/0,02 = 50 Hz



En la mayoría de los países, la tensión que se genera en las centrales eléctricas tiene una tensión máxima de unos 565V en trifásica y 325V en monofásica, lo que da como resultado una tensión eficaz, de la que luego hablaremos, de 400V en trifásica y 230V en monofásica.

Valores de la Onda

La ecuación que representa la onda será:

v = Vo x seno α ; siendo

v = valor de la onda (tensión o Intensidad) en un instante concreto (instantánea)
α  = ángulo de posición del rotor



Veamos un ejemplo:

La onda de la corriente alterna en monofásica es:

v = 325V x seno α

Veamos que valor toma en diferentes instantes:

Cuando α = 0º ==>  v = 325 x seno 0º = 325 x 0 = 0V

α = 90º ==>  v = 325 x seno 90º = 325 x 1 = 325V
α = 180º ==>  v = 325 x seno 180º = 325 x 0 = 0V
α = 270º ==>  v = 325 x seno 270º = 325 x -1 = -325V
α = 360º ==>  v = 325 x seno 360º = 325 x 0 = 0V

La ecuación representa correctamente la onda generada y sus valores.

Si queremos obtener un valor en cualquier otro ángulo sería igual, por ejemplo:

α = 45º ==>  v = 325 x seno 45º = 325 x 0,85 = 276,54VV
α = 200º ==>  v = 325 x seno 200º = 325 x -0,87 = -283,82V

¿Qué valor tendríamos en los bornes de un generador cuando ha girado 590º si su onda es la siguiente: v = 565V x seno α ?

El rotor ha girado 1 vuelta completa (360º) mas 230º, es decir podemos considerar el seno de 230º o de 590º, sería lo mismo.

v = 565 x seno 590º = -328V

A continuación vamos a deducir las fórmulas de la onda.

Ecuación de la Corriente Alterna y Valores Instantáneos

Si detenemos el generador (el rotor) en un instante fijo, tenemos que el valor de la onda generada en ese instante (valor instantáneo, cuando estamos en un ángulo de giro α (alfa), es la parte de color rojo del triángulo rectángulo de la imagen siguiente.

Eso sucede para cada instante en los diferentes ángulos de giro.

La hipotenusa es el valor máximo de la onda y no cambia, y el cateto opuesto es el valor instantáneo de la onda en un ángulo α.

Podemos obtener por trigonometría el valor del seno α.
.



Nota: es mejor llamarle al ángulo α (alfa) y no φ (fi), ya que el ángulo φ será otro ángulo que utilizaremos para especificar el desfase entre dos ondas, como se verá en los circuitos de corriente alterna.

Una vez que hemos visto las fórmulas, veamos los valores más característicos de una tensión o intensidad en corriente alterna, según su onda senoidal.

- Valor eficaz: Es aquel valor que, en las mismas condiciones, produce los mismos efectos caloríficos en una resistencia eléctrica que una magnitud (tensión o intensidad) continua del mismo valor.

¡¡¡Este es el valor que nos mide el polímetro, el voltímetro, amperímetro o cualquier otro aparato de medida!!!

Matemáticamente es:

Vefi = Vmáximo/ √2

Normalmente el Valor eficaz se representa con la letra V (mayúscula) el Valor máximo con Vo y el valor instantáneo con v (minúscula)

V = Vo/√2

Si despejamos Vo = √2 x V

¿Qué valor de tensión medirá en los bornes de un alternador un polímetro si la onda del alternador es v = 565V x seno α ?

Si la tensión  máxima es de 545, entonces la eficaz que es la que medirá el polímetro será:

V = V0 /√2 = 565/√2 = 565/1,4142 = 400V

¿Y si la onda fuera v = 325 x seno α ?

V = 325/√2 = 230V

¿Por qué se dice que hay una tensión de 230V en los enchufes si realmente es una tensión variable?

Como la tensión varía constantemente se coge una tensión de referencia llamada Valor Eficaz.

Este valor es el valor que debería tener en corriente continua (valor fijo) un receptor para que produjera el mismo efecto sobre el pero conectado a una corriente alterna (variable).

Es decir, si conectamos un radiador eléctrico a 230V en corriente continua (siempre constante), daría el mismo calor que si lo conectamos a una corriente alterna con tensión máxima de 325V (tensión variable).

En este caso diríamos que la tensión en alterna tiene una tensión de 230V, aunque realmente no sea un valor fijo sino variable.

Estaría mejor dicho que hay una tensión con valor eficaz de 230V.

Otro valor importante de la onda es la velocidad angular (w), ya que normalmente la ecuación no se pone con el seno del ángulo, si no con el seno de la velocidad angular.

- w es la velocidad angular de la onda o ángulo girado por la onda en la unidad de tiempo (radianes/segundo).

Si quiero saber la velocidad giratoria o también llamada angular, entonces:

Si velocidad = espacio / tiempo; la velocidad angular será w = α / t; de donde despejando tenemos que:

α = w x t

Si en la ecuación de la onda v = Vo x seno α; sustituimos α por (w x t) tenemos que podemos expresar la ecuación de la onda senoidal de la siguiente forma:

v = Vo x seno (w x t)

Esta forma es la más utilizada para expresar las ondas de las tensiones en alterna y de las intensidades.

Además la velocidad angular podemos calcularla de la siguiente forma:

w = 2 x π x f = en radianes/segundo.

¿De dónde sale esa ecuación?

Recordar que 2π radianes = 360º
 
T = periodo, que es el tiempo que tarda la onda en dar un ciclo (vuelta) completo
f = frecuencia que es igual a 1/T

Cuando la onda ha dado una vuelta completa (2π) ha tardado en darla el periodo (T). por lo que w = 2π / T; y como f = 1/ T entonces:

w = 2 x π x f = en radianes/segundo.

Podemos expresar la ecuación de la onda como:

v = Vo x seno (2 x π x f x t)

Aunque la más utilizada es v = Vo x seno (w x t)

Ejemplo: ¿Qué frecuencia y Valor Eficaz tiene un alternador cuya ecuación es
v = 325V x seno 315,15xt ?

325 será el valor máximo, el valor eficaz será V = 325 /√2 = 230V

Como w = 2 x π x f y según la ecuación su valor es de 314,15, despejando la frecuencia será:

f = w / (2 x π) = 315,15 / (2 x 3,1416) = 50 Hz


Recordamos otros 2 valores importantes:

- Valor Instantáneo: El valor instantáneo (en un instante cualquiera) de la onda será:

v(t) = Vmax x sen (α) = Vo x seno (2 x π x f x t) = √2 x Veficaz x seno (2 x π x f x t)

- Valor máximo: Es el máximo valor que toma la señal alterna durante un ciclo: Vo

- Como ya vimos la frecuencia de la onda (f) es el número de ciclos de la onda que se repitan cada segundo y se expresa en Hertzios.

Otros valores menos importantes son:

- La amplitud de la señal es la distancia entre 2 picos o valles.

- Valor mínimo: Es el mínimo valor que toma la señal alterna durante un ciclo.

Es el mismo que el máximo pero de signo contrario: Vmin (Vmin = -Vmax)

- Valor de cresta o de pico: Para una única señal alterna, coincide con el valor máximo.

- Valor de pico a pico: Es la diferencia de amplitud entre el pico y el valle de la señal.

Para una única señal alterna, es la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo.

Veamos otro ejemplo mediante un ejercicio:

La onda de tensión generada por un alternador es:

v = 325,22 seno 314t

Entonces podemos deducir:

- La frecuencia será: 314 = 2 x π x f ==>; f =314/ 2 x 3,14 = 50Hz

- El valor de Cresta o Máximo será Vo = 325,22V

- El valor eficaz de la tensión será: V = 325,22 / √2 = 230V (por lo tanto será un alternador monofásico)

Los valores que utilizamos normalmente y que medimos con nuestros polímetros son los valores eficaces, es decir 230V para monofásica y 400V para alterna.

Estos valores son constantes y no cambian, ya que la Vo tampoco cambia nunca.

Conectamos los Receptores. Intensidades y Fasores

Sabemos que los alternadores generan una onda de tensión senoidal.

Si ahora a ese alternador u otra fuente de c.a., por ejemplo un enchufe, le conectamos una carga, entonces tendremos un circuito cerrado y por lo tanto comenzará a circulará una corriente o intensidad en alterna.



La Tensión del receptor será la misma que a la que lo conectemos, es decir, la misma onda que la de la fuente (alternador).

La onda de la intensidad también será una onda senoidal, pero con diferentes valores.

Además, la onda de la intensidad no tiene por qué empezar a la vez que la onda de la tensión, de hecho en la mayoría de las ocasiones las ondas no empiezan a la vez, empieza un ángulo antes o después y se dice que está desfasada con respecto a la onda de la tensión.




En este ejemplo la onda de la intensidad estaría retrasada 30º respecto a la onda de la tensión.

Las ecuaciones serían:

v = Vo sen wt y la de la intensidad i(t) = Io sen (wt + φ)

Siendo φ el ángulo de desfase entre las ondas, en este caso -30º

φ = ángulo de la tensión + ángulo de la intensidad = 0º + (- 30º) = -30º

v = Vo sen wt y i(t) = Io sen (wt - 30º) serían las ecuaciones de las ondas anteriores.

Este desfase y el hecho de que son valores instantáneos que cambian con el tiempo, hace muy complicado el estudio de los circuitos en corriente alterna.

Entonces….¿Cómo se hacen los cálculos en corriente alterna?

Los Fasores

Para facilitarnos su estudio los valores de tensión, intensidad y resistencia se convierten en vectores giratorios llamados “Fasores”

El vector (fasor) de la magnitud tendrá un módulo que será el valor eficaz, y un ángulo, que será el desfase con respecto a la otra magnitud.


Si en el caso del dibujo de arriba, la tensión eficaz fuera de 230V, y la Intensidad Eficaz fuera de 2A, puedes ver en el dibujo como quedarían representados los fasores de las ondas.

¡¡¡¡RECUERDA!!! En corriente alterna, las tensiones, intensidades y resistencias. deben de tratarse como vectores, en lugar de números enteros.

¡¡OJO!!! podemos considerar en el ángulo 0º a la intensidad, entonces el desfase se considera el de la tensión.

Aquí tienes los dos casos:





Recuerda: El valor eficaz no cambia nunca, es el que nos muestra el tester o polímetro al medir sobre el circuito.

V eficaz = V = Vo / / √2

En el caso de la onda de la Intensidad

I eficaz = I = Io / √2

Para pasar de las ondas a los fasores es muy fácil, dibujamos el vector de la tensión en horizontal (0º) del tamaño del valor de la tensión eficaz de la onda y después dibujamos con ángulo de desfase el vector de la intensidad con un valor del valor eficaz de la intensidad.

Es lo mismo decir que tenemos una tensión de 230V con una intensidad de 2A retrasada 30º, que decir una intensidad de 2A con una tensión adelantada 30º.

Eso sí, una vez que elegimos una magnitud como referencia (tensión o intensidad), todas las demás deberemos situarlas en ese punto de 0º.

Al trabajar con valores eficaces, que son los que podemos obtener al medir con el polímetro, nos facilitará mucho el trabajo a la hora de realizar los cálculos en los circuitos de corriente alterna, ya que son valores fijos, siempre los mismos.

Ejercicios: Dibuja los fasores de las siguientes ondas:

a)
v(t) = 325V x seno (wt)
i(t) = 2,82 x seno (wt + 70º)

b)
v(t) = 325V x seno (wt)
i(t) = 2,82 x seno (wt - 70º)

c)
v(t)=150 sin(ωt+10º)
i(t)= 5 sin⁡(ωt−50º) 
Ojo Aquí el desfase o ángulo fi es +10 - (-50º) = 60º

d)
v(t) = 325V x seno (wt + 30º)
i(t) = 2,82 x seno (wt + 70º)

Llega el momento de aprender a resolver circuitos de corriente alterna,para eso te recomendamos este enlace: Circuitos de Corriente Alterna, Pero antes mejor que veas este video a modo de repaso donde se explica todo lo visto en la web:



Recuerda que podemos convertir la corriente alterna en continua por medio de una Fuente de Alimentación.

Por último, te recomendamos el siguiente libro para aprender los principios básico de la electricidad y el cálculo de circuitos eléctricos, tanto de corriente contínua como de alterna: Libro Circuitos Eléctricos

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