¿Cómo se produce la corriente alterna? Para poder construir, reparar, o darle mantenimiento a las instalaciones eléctricas, ya sea de una casa o de una industria, es necesario conocer y comprender todos los principios de la energía eléctrica. En particular de la corriente alterna. Vamos a conocer algunos de ellos.
Hoy vamos a responder a dos preguntas. La primera: ¿Cómo se genera, se transporta, y se distribuye la energía eléctrica. Y la segunda: ¿Cuáles son los parámetros de la corriente alterna que deben dominar un electricista?
¿Cómo se produce la corriente alterna?
La electricidad que llega hasta nuestros hogares se produce en plantas generadoras, que pueden ser:
- Hidroeléctricas
- Termoeléctricas
- Eólicas
- Fotovoltaicas
- o Nucleares
El generador es el dispositivo que sirve para producir la energía eléctrica. Este debe rotar, debe girar. Esta rotación se hace aprovechando, por ejemplo:
- La energía del calor de una termoeléctrica
- la fuerza del agua de una hidroeléctrica
- la fuerza del viento en una central eólica
- la energía solar en una fotovoltaica
- o bien, la energía en una planta nuclear
¿Cómo se transporta la corriente alterna?
La energía viaja desde las plantas generadoras a través de cables, principalmente de aluminio, que son capaces de soportar altos voltajes. Este cableado se conoce como "Líneas de Transmisión".
Su función es transportar la energía eléctrica a grandes distancias, gracias a voltajes que pueden ser superiores a los 30000 voltios.
Esta energía llega a las subestaciones en las ciudades para poder ser distribuida.
¿Cómo se distribuye la corriente alterna?
Se conoce como "Líneas de Distribución", a ese cableado que sirve para transportar la energía desde las subestaciones hasta la puerta de nuestras casas. Para ello, las compañías suministradoras de energía eléctrica se valen de los transformadores que se encuentran ubicados en los postes cercanos a nuestros hogares.
En estos transformadores el voltaje disminuye antes de su entrega. Los transformadores pueden ser monofásicos y trifásicos. ¿Cómo podemos identificar cada uno de ellos?
Pues resulta que los transformadores monofásicos entregan una tensión de 120 voltios entre línea y neutro, o bien 240 voltios entre líneas viva. Más/menos un 10% de tolerancia en cada caso.
En cambio, los transformadores trifásicos entregan unos 127 voltios entre línea y neutro, y 220 voltios entre líneas vivas. Igualmente con una tolerancia de más/menos 10%.
Partes de la preparación para recibir el servicio de energía eléctrica.
Las compañías suministradoras (por ejemplo, la Comisión Federal de Electricidad en México) colocan a la entrada de las viviendas unos medidores, para registrar el consumo de energía.
Y después, el circuito de alimentación se conecta a un gabinete que contiene un interruptor automático. Este interruptor recibe el nombre de "Interruptor Principal", ya que en este punto se puede interrumpir la energía eléctrica de toda la vivienda, de ser necesario.
¿Cuáles son los parámetros de la corriente alterna que deben dominar un electricista?
Para entender los parámetros de la corriente alterna, regresemos al generador que la produce.
El generador de corriente alterna
El generador no es otra cosa que dos imanes, y un alambre que corta las líneas de fuerza del campo electromagnético.
El estator es una estructura fija, que sostiene por un lado del polo sur de un imán, y por el otro lado el polo norte.
El rotor es una estructura que gira, y va cortando las líneas de fuerza del campo magnético creadas por el imán, mientras avanza. El giro completo es de 360 grados. Es decir, es una vuelta completa.
La electricidad está hecha de partículas subatómicas llamadas "electrones libres". En la corriente alterna, estos electrones libres se empiezan a mover primero en un sentido, y después en el sentido contrario. Esto ocurre gracias a la fuerza de las líneas del campo magnético, que se forma entre los dos polos del imán.
En los primeros 90 grados, el corte de las líneas magnéticas se convierte en energía eléctrica, que aumenta hasta un máximo. Es decir, los electrones libres comienzan a moverse desde el reposo, y la fuerza del campo magnético los va haciendo acelerar poco a poco, hasta alcanzar un valor máximo.
En los siguientes 90 grados, la energía disminuye hasta llegar a cero, porque los alambres se van alejando de las líneas del campo magnético. Hasta este momento el rotor ha dado media vuelta. Es decir 180 grados.
En los siguientes 90 grados se repite la acción. Pero los electrones libres se mueven en sentido contrario, por lo que la gráfica aumenta en valores negativos. Esto significa que los electrones libres comienzan a moverse, pero el sentido contrario. Y van acelerando hasta alcanzar un valor máximo.
En los últimos 90 grados, el valor disminuye hasta llegar nuevamente a cero. Esto ocurre porque los electrones libres se van alejando de las líneas de fuerza del campo magnético.
La frecuencia de la corriente alterna
En México, y en otros países, el giro del rotor ocurre 60 veces cada segundo. Esto se conoce como "Frecuencia".
La energía eléctrica que llega hasta nuestros hogares tiene una frecuencia, entonces, de 60 ciclos por segundo. Esto también se conoce como 60 hertz.
El voltaje
La fuerza del campo electromagnético que mueve a los electrones libres, se conoce como "Voltaje". La unidad de voltaje es el Volt, y se representa con la letra "V".
Como mencionamos anteriormente, los transformadores monofásicos de la Comisión Federal de Electricidad entregan un voltaje en medio de 120 voltios entre línea viva y el cable neutro.
¿Por qué decimos que es un valor medio? Bueno. Resulta que este no es un valor exacto. Más bien es un rango, que puede ir entre un 10% menos (es decir, 12 voltios menos), y 10% más (es decir, unos 12 voltios de más). El valor mínimo sería entonces de 108 voltios, y el valor máximo de 132 voltios. Cualquier valor de tensión entre 108 y 132 voltios se considera correcto. Pero voltajes menores a 108 voltios se consideran "Caídas de Tensión", y voltajes superiores de 132 se consideran "Sobrevoltajes".
Ahora, cuando medimos la tención entre dos líneas vivas, encontramos un voltaje medio de 240 voltios.
Ver también: Transmisión y distribución de la energía eléctrica
Es común tener en nuestros hogares variaciones de voltaje, que pueden dañar o disminuir el tiempo de vida útil de los aparatos. Por ello debemos contar con "Supresores de Sobrevoltajes Transitorios", y se pueden complementar con el uso de "Reguladores de voltaje".
Existen otros parámetros de la energía eléctrica que debemos tener presentes. Para conocer sobre ellos, te invito a que leas la próxima entrada.
Por lo pronto ¿te ha quedado un poco más claro cómo se produce la corriente alterna que llega hasta nuestros hogares?
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