Viernes, 19 de Septiembre de 2014

Corriente Alterna

En esta nota veremos la definición de corriente alterna, así como su generación y valores característicos.

Definición de corriente alterna

La corriente eléctrica se define como un flujo de electrones que circulan a través de un conductor. En el caso de la corriente continua, el flujo tiene una sola dirección, y los polos positivos y negativos son siempre los mismos; es el caso de la energía que producen las baterías, paneles solares y celdas de combustible. En la corriente alterna, el flujo se produce en ambas direcciones, y se pierde la noción de positivo y negativo; en cambio, los dos conductores que alimentan nuestros hogares se denominan fase y neutro. Esla energía que proviene de las generadoras eléctricas y alimenta los hogares.

Debemos recordar que la tensión en volts es la diferencia de potencial entre dos conductores, por lo tanto, para quela tensión cambie, solo uno de los potenciales debe cambiar (aunque también los dos pueden hacerlo).En el sistema eléctrico utilizado en la Argentina y en la mayor parte del mundo, el neutro posee potencial 0 V (potencial cercano a tierra). Por lo tanto, si solo tocamos el conductor de neutro, no habrá diferencia de potencial y no circulará una corriente a través de nuestro cuerpo.

También es importante destacar que, si se intercambian la fase y el neutro, no se produce ningún problema en el funcionamiento del equipo que se esté alimentando, ya sean lámparas, heladeras, etcétera; ni se producirá una inversión del giro de un motor, ya que esto depende de su construcción interna y no de la alimentación. Sin embargo, en un tomacorriente es importante identificar a qué termina corresponde el conductor de fase y cuál es neutro, por una cuestión de seguridad. Como el peligro reside en tocar el conductor de fase, los interruptores de los distintos equipos y electrodomésticos se colocan en la fase, por lo que, si hay un problema en el cableado, esta es la manera más segura de cortar la alimentación.

El uso de la energía eléctrica se empezó a popularizar a mediados de 1800 con sistemas de corriente continua, usada principalmente para encender lámparas. En Estados Unidos se produjeron los mayores avances en distribución de energía eléctrica y allí se disputó la denominada guerra de corrientes, en la que Edison promovía los sistemas de corriente continua y Westinghouse los de corriente alterna con los diseños de Nikola Tesla. Al final, el sistema que se popularizó y se sigue usando en la actualidad es CA, debido en especial a la facilidad de aumentar y disminuir la tensión de trabajo a través de transformadores, cosa que no es posible en los sistemas de CC. La posibilidad de aumentar el voltaje de manera simple es fundamental para la transmisión de energía. Pensemos en una planta eléctrica que produce 1.000 kW. Teóricamente, podríamos transmitir estos kW a una tensión de 1 V y una corriente de 1.000.000 A o a una tensión de 500.000 V y 2 A. La primera opción es económica pero impracticable, por lo que siempre se busca transmitir a la mayor tensión posible reduciendo la corriente y, de esta manera, utilizar cables de menor sección; así, se reducen las caídas de tensión y las pérdidas por efecto Joule. De esta manera, es posible tener líneas eléctricas de cientos de kilómetros y poder alimentar cada punto de un país. Otro hecho clave es que los motores de corriente alterna son mucho más simples que los de su contraparte de corriente continua, y más económicos.

 

Generación de corriente alterna

La generación eléctrica puede ser a gas o carbón, hidroeléctrica, por medio de generadores eólicos, etcétera, pero todas estas opciones tienen en común que poseen un generador eléctrico y deben hacerlo girar a través de otra máquina, que puede ser una turbina o un motor diesel. La primera persona que observo el fenómeno de inducción magnética, clave en la generación de energía eléctrica, fue Michael Faraday, uno de los científicos más influyentes de la historia, en 1831.

 

Generadores eléctricos

En la práctica, los generadores están construidos como un paquete de bobinas colocadas longitudinalmente sobre un eje que rota, y los imanes son estáticos y se ubican a los costados.

Cada vez que una espira de la bobina se mueve a través del campo magnético generado por los imanes y corta las líneas de flujo, se induce una corriente y se genera energía eléctrica.La velocidad de la rotación dará la frecuencia de la tensión generada que, para el caso de la Argentina, es de 50 Hz y, en países como México y Estados Unidos, de 60 Hz.

 

Valores característicos

La corriente alterna generada que utiliza el sistema eléctrico posee una forma senoidal y una frecuencia de 50 o 60 Hz. Esto es constante en los sistemas eléctricos de cada país, y lo único que cambia es el voltaje en distintos puntos, desde alta tensión a 500.000 V hasta los 220 V que poseemos en nuestros hogares. Entonces, ¿qué significan estos valores? Si los representamos en un gráfico, lo que obtenemos es lo siguiente:

• La onda posee la forma de la función trigonométrica seno; esto lo podemos ver en la práctica a través de un osciloscopio, un instrumento que gráfica en una pantalla lo que se está midiendo.

• La forma de la onda sinusoidal se debe a que la energía eléctrica es generada por la rotación del generador eléctrico, lo que hace que los cambios de los valores de la fuerza electromotriz inducida posean esta forma. Si bien esta es la forma que se estableció como la más práctica y eficiente, se pueden generar ondas de distintas formas, como cuadradas y triangulares, que por lo general son utilizadas en el campo de la electrónica.

• La onda senoidal en la corriente alterna posee valores característicos que son: valor pico, valor eficaz, valor medio y frecuencia.

 

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