Introducción a la Corriente Alterna (CA) y Circuitos RLC

Introducción a la Corriente Alterna (CA)

La Corriente Alterna (C.A.)

La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente.

Formas de la Corriente Alterna

De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:

• Rectangular o pulsante
• Triangular
• Diente de sierra
• Sinusoidal o senoidal

• Onda rectangular o pulsante. (B) Onda triangular. (C) Onda diente de sierra. (D) Onda sinusoidal o senoidal

De todas estas formas, la onda más común es la sinusoidal o senoidal.

Cualquier corriente alterna puede fluir a través de diferentes dispositivos eléctricos, como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc., sin sufrir deformación.

La onda con la que se representa gráficamente la corriente sinusoidal recibe ese nombre porque su forma se obtiene a partir de la función matemática de seno.

En la siguiente figura se puede ver la representación gráfica de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la componen:

Donde:

A = Amplitud de onda
P = Peak o cresta
N = Nodo o valor cero
V = Valle o vientre
T = Período

Características de la Onda Sinusoidal

Amplitud de onda: Máximo valor que toma una corriente eléctrica. Se llama también valor de pico o valor de cresta.

Peak o cresta: Punto donde la sinusoide alcanza su máximo valor.

Nodo o cero: Punto donde la sinusoide toma valor “0”.

Valle o vientre: Punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.

Período: Tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio de la siguiente fórmula:

T = 1 / F

La frecuencia no es más que la cantidad de ciclos por segundo o hertz (Hz), que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del período y, matemáticamente, se representa de la manera siguiente:

F = 1 / T

Múltiplos del Hertz y Ventajas de la Corriente Alterna

Múltiplos del Hertz (Hz)

Kilohertz (kHz) = 10³ Hz = 1 000 Hz
Megahertz (MHz) = 10⁶ Hz = 1 000 000 Hz
Gigahertz (GHz) = 10⁹ Hz = 1 000 000 000 Hz

Ventajas de la Corriente Alterna

Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna, comparada con la corriente directa o continua, tenemos las siguientes:

• Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de transformadores.
• Se transporta a grandes distancias con poca pérdida de energía.
• Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.
• Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica.
• Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener que los de corriente directa.

Potencia Eléctrica

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía.

También se puede definir Potencia como la energía desarrollada o consumida en una unidad de tiempo, expresada en la fórmula:

P = V ⋅ I

Expresado en palabras: Potencia (P) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I).

Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se pueden utilizar cualquiera de las dos fórmulas siguientes:

Circuitos RLC

En los circuitos RLC se acoplan resistencias, capacitores e inductores. Existe también un ángulo de desfasaje entre las tensiones y corrientes (y entre las potencias), que incluso puede llegar a hacerse cero. En caso de que las reactancias capacitivas e inductivas sean de distinto valor para determinada frecuencia, tendremos desfasajes.

Dependiendo de cuál de las reactancias sea mayor podremos afirmar si se trata de un circuito con características capacitivas o inductivas y por lo tanto si la tensión adelanta a la corriente (y con qué ángulo) o si la corriente adelanta a la tensión.

A continuación detallamos los valores de un circuito RLC simple en serie.

Reactancia Capacitiva

ω = Velocidad angular = 2πf
C = Capacidad
Xc = Reactancia capacitiva

Reactancia Inductiva

ω = Velocidad angular = 2πf
L = Inductancia
Xl = Impedancia inductiva

Impedancia Total del Circuito RLC Serie

R = Resistencia
Xl = Reactancia inductiva
Xc = Reactancia capacitiva

Ángulo de Desfasaje entre Tensión y Corriente

Xl = Reactancia inductiva
Xc = Reactancia capacitiva
R = Resistencia

Corriente Máxima

El módulo de la corriente máxima que circula por el circuito es igual al módulo de la tensión máxima sobre el módulo de la impedancia.

Corriente Eficaz

Para ondas senoidales podemos calcular la intensidad eficaz como: