Principios de corriente alterna (parte 2)

Principios de corriente alterna (parte 2). Anteriormente hemos visto que el circuito eléctrico es el medio por el cual se manifiesta la energía eléctrica en nuestras instalaciones eléctricas residenciales y nos sirve para canalizarla desde una fuente hasta las salidas conectaremos los diferentes aparatos electrodomésticos.

Principios de corriente alterna en el circuito eléctrico

La fuerza que pone en movimiento a los electrones libres a través de todo el conductor eléctrico del circuito se conoce como voltaje. Es el equivalente a la presión en las instalaciones hidráulicas. También se le conoce con otros nombres como tensión eléctrica o diferencia de potencial. Su unidad de medida es el voltio.

Los circuitos de una vivienda se conectan "en paralelo" con la fuente de energía, y de esa manera el voltaje prácticamente con el mismo valor a todas las salidas de la instalación.

Ver también: 4 componentes de un circuito eléctrico

La intensidad de la corriente eléctrica es el flujo de electrones libres a través del conductor eléctrico; también se le conoce como amperaje, ya que su unidad de medida es el ampere.
La potencia eléctrica es el trabajo que realizan los electrones libres en el interior de los aparatos electrodomésticos, al transformar la energía eléctrica en otras energías útiles al ser humano, como la luz, el calor y el movimiento.

Todos estos parámetros (voltaje, intensidad y potencia) están presentes en todos los circuitos eléctricos y se pueden medir, para que de esa manera, los podamos también controlar.

A continuación, te presento un vídeo que nos habla de los principios de corriente alterna (parte 2). Nos muestra las principales magnitudes eléctricas que se pueden medir en un circuito, y que están presentes en todas nuestras instalaciones eléctricas residenciales.

La energía eléctrica entra a la casa, pasa por el medidor, y luego por el interruptor principal. El voltaje está presente en los contactos instalados, cuya conexión se realiza en paralelo. Esto quiere decir que el mismo voltaje de 120 V ± 10% está presente en cualquiera de ellos. Y su punto de conexión es el mismo. Además, la corriente eléctrica varía de acuerdo a la carga conectada.

Intensidad de la corriente eléctrica

Los electrones libres son partículas pequeñísimas con carga negativa. Al conectar un aparato eléctrico o electrónico a contacto, los electrones libres se desplazan a través de los conductores de cobre (los cables). También en los dispositivos internos de los aparatos, como el motor que mueve las aspas de la licuadora, el compresor de un refrigerador, o el motor de una lavadora. Este flujo de electrones libres también se da cuando un dispositivo electrónico está funcionando gracias a una fuente de alimentación interna, como por ejemplo, una pila.

El flujo de electrones libres viaja en un sentido y luego en el otro, debido a los cambios de voltajes. A este flujo se le conoce como corriente eléctrica. Su intensidad se mide en amperes. El aumenta o disminuye en función del aparato conectado. Calentar una plancha requiere mayor intensidad de corriente que un foco. Un foco demanda menos de un ampere (1 A) de corriente. Mientras que una plancha demanda más de diez amperes (10 A). La plancha y el horno de microondas son los dispositivos domésticos que requieren mayor corriente.

Aplicación de los principios de corriente alterna

Para comprender mejor los principios eléctricos de voltaje y corriente, ejemplificando con una conexión en paralelo, se montan sobre una tabla o acrílico los portalámparas en paralelo. El cable rojo o cable de fase, se conecta al tornillo de la terminal pequeña de una clavija. El apagador debe conectarse en el conductor de fase. El cable blanco (neutro) debe conectarse a la terminal grande de la clavija. Al conectar la carga de unos focos ahorradores y operar el apagador, en el extremo de la conexión en paralelo se cerrará el circuito.

Potencia eléctrica

Otro parámetro que es necesario conocer es el de la potencia eléctrica. Se representa con la letra P y sus unidades son los watts. La potencia se calcula multiplicando el voltaje por la corriente (P = V x I). La mayoría de los aparatos especifican la potencia que requieren. Pero ¿qué corriente consumen? De la fórmula de potencial despejamos la corriente (I = P / V). Y con una simple división podemos determinar la intensidad de corriente que consumen los aparatos eléctricos y electrónicos en nuestra casa.

En el caso de un foco ahorrador de 13 watts, el consumo de corriente es menor a un ampere. Para el de la plancha es de casi 10 amperes. Esto es más de 50 focos ahorradores prendidos al mismo tiempo. Y una televisión consume 1.18 amperes. Esto es aproximadamente igual a lo que consumen 10 focos ahorradores encendidos al mismo tiempo.

Recuerda que la energía utilizada en los equipos de tu casa fue generada a kilómetros de distancia. Y sus parámetros son: voltaje, corriente eléctrica, potencia eléctrica, y frecuencia.

Ahora, ¿te queda alguna duda sobre los principios de corriente alterna (parte 2) presentes en las instalaciones eléctricas residenciales, y su relación con los circuitos en paralelo?

Si te gustó el artículo, el anuncio de este CURSO te puede interesar 👇

El valor rms o eficaz de una onda senoidal

El valor rms o eficaz de una onda senoidal se obtiene fácilmente. Se toma la raíz cuadrada del cuadrado promedio de los valores instantáneos de un ciclo completo.

Cuando circula la corriente directa o la corriente alterna por un resistor, la energía eléctrica se convierte en calor. En el caso de la corriente alterna, la rapidez a la que se convierte la energía y se usa la potencia es menor que en el caso de la corriente directa. Esta corriente varía de forma continua entre valores máximos y cero. Y es menor que la corriente directa estable que tiene un valor igual al valor pico de la corriente alterna.

El método para relacionar la corriente alterna con la corriente directa es comparar el efecto de calentamiento de un resistor cuando circulan ambos tipos y corrientes con un valor máximo o valor pico iguales.

Ver también: Qué es la corriente alterna

Entonces, el aumento de temperatura producido por la corriente alterna en el resistor se compara con el aumento de temperatura producido por la corriente directa. Y a partir de esta relación se puede calcular el valor efectivo y la potencia usada.

El valor eficaz o rms de la corriente alterna

La fórmula para determinar el efecto Joule de calor o potencia que disipa el resistor es:

P = I²R

La pérdida de potencia I²_cd x R, producida por el flujo de 1 A (un ampere) de corriente directa, eleva la temperatura del resistor a 50°C. Mientras que en un circuito de corriente alterna, el calentamiento I²_cd x R, causado por una corriente pico de 1 A, sólo asciende a 25°C. De tal manera que:

I²_ca R = ½I²_cd x R = ½I²_max R

(corriente cd = pico ca)

I²_ca = ½I²_max

I_ca = 1/(2xI_max)^1/2 = 0.707 I_max

O sea, El valor rms o eficaz de una onda senoidal de la corriente alterna sólo es 0.707 veces la pico. La corriente alterna tendrá que aumentar a I_ca x 2^1/2 = (1.414 A) para generar el efecto de calentamiento de 1 ampere de corriente directa. De la misma forma, el voltaje pico es de 1.414 veces el valor eficaz o rms.

Valor rms o valor efectivo

Todos los circuitos eléctricos y electrónicos se construyen de elementos de circuito que incluyen resistores (R), inductores (L) y capacitores (C). A éstos se les llama elementos positivos porque su comportamiento es independiente de la dirección de flujo de la corriente.

Qué es la corriente alterna

Corriente alterna - Onda senoidal

Corriente alterna

La corriente alterna es senoidal y cambia de polaridad a intervalos específicos. Cuando la corriente o voltaje de corriente alterna pasa a través de un conjunto completo de valores positivos o negativos se dice que ha completado un ciclo. La corriente aumenta hasta un valor máximo y disminuye a cero en una dirección, después ocurre lo mismo en la dirección opuesta. Esto constituye un ciclo.

De la misma forma, el voltaje de corriente alterna aumenta hasta llegar a un valor máximo y decae a cero en una polaridad y luego en la otra. Es decir, un ciclo es un conjunto completo de valores positivos y negativos.

Frecuencia de corriente alterna

La forma de onda de la mayoría de la corriente alterna es una curva senoidal suave, con cambios graduales de voltaje y corriente. Cuando una corriente o voltaje de corriente alterna pasa a través de valores positivos y negativos, como se indicó anteriormente, se dice que se ha completado un ciclo.

Ver también: Cómo se produce la corriente alterna

En una bobina de alambre que gira en un campo magnético, cada vez que la bobina pasa de un polo al otro, el flujo de corriente generado invierte su dirección. En una revolución completa o 360° se completa el ciclo. La corriente alcanza su valor máximo en 90°, se reduce a cero en 180°, alcanza su valor máximo negativo en 270° y de nuevo a cero en una revolución completa a 360°.

Si la bobina gira a una velocidad de 60 revoluciones por segundo, el voltaje generado completará 60 ciclos en un segundo. Puede decirse entonces que el voltaje generado tiene una frecuencia de 60 Hz. La frecuencia estándar en toda América del Norte es de 60 Hz. Es importante tener presente que debido a este ciclo, cada vez que la corriente cambia de dirección disminuye a cero y en forma momentánea se apaga la carga que alimenta, en nuestro caso una lámpara.

Esto es, una lámpara que opera a 60 Hz se enciende y se apaga 120 veces por segundo, o sea una vez cada medio ciclo. El ojo humano no puede reaccionar lo suficientemente rápido para detectar este cambio y recibe la impresión de que la lámpara está encendida en forma permanente.

Frecuencia de la línea de alimentación

¿Cómo calcular los valores de los circuitos eléctricos mixtos?

Cuando se tiene un circuito mixto, lo más recomendable es comenzar a reducir el circuito iniciando por las resistencias en paralelo hasta llegar a una forma sencilla, ya sea en serie o paralelo, para determinar corrientes, tensiones o bien potencias.

En el circuito de la Figura 1 se muestra una combinación de 3 resistencias en serie que son R₁, R₅ y R₆, con tres resistencias en paralelo R₂, R₃ y R₄. Los valores de cada resistencia son los siguientes: R₁, R₃ y R₅=100Ω y R₂, R₄ y R₆=1kΩ. Entre los puntos A y B se aplican 70 V.

A continuación se determinarán los siguientes parámetros I_TOTAL, IR₂ y VR₆. Recuerda que para poder determinar una corriente es necesario aplicar la Ley de Ohm, entonces necesitas conocer la tensión aplicada al circuito y la resistencia, por lo que es necesario reducir el circuito para obtener la resistencia en los puntos A y B. Aplica la ecuación para determinar la resistencia equivalente:

En este caso queda de la siguiente manera:

La representación del circuito es como se muestra en la Figura 2.

El siguiente paso es sencillo debido a que sólo debes sumar de forma algebraica las resistencias en serie.

Con el anterior resultado, ya es posible aplicar de forma directa la Ley de Ohm, para determinar la I_TOTAL.

Para determinar la corriente que pasa por la R₂, aplica la ecuación del divisor de corriente, válida en sólo dos resistencias en paralelo, por lo que debes hacer una segunda reducción del circuito; esta vez sólo obtendrás el valor equivalente de las resistencias R₃ y R₄ de la Figura 1.

Ver también: 3 componentes de un circuito eléctrico y 4 formas de combinarlos

El circuito se reduce como se muestra en la Figura 3.

Ahora, aplica la ecuación del divisor de corriente que se comentó anteriormente; toma como referencia la resistencia opuesta a la analizada, entre la suma de ambas resistencias por la corriente que entra a ellas, la ecuación queda entonces de la siguiente manera:

Finalmente para obtener la tensión en la resistencia 6, o como se conoce comúnmente VR₆, puedes tomar la corriente I_TOTAL, cuyo valor fue de 0.0545 A o bien 54.5mA y usando la Ley de Ohm en términos de corriente y resistencia obtendrás el parámetro buscado.

Tener todos los valores de resistencias simplifica de gran manera la obtención de sus parámetros; por ejemplo fácilmente podríamos pensar que es posible indicar el valor de la tensión en R₂, debido a que conocemos su valor y también la corriente que circula por ella; esto se puede determinar de forma directa, aunque esté en paralelo con otras dos.

Para finalizar, se obtendrá el valor de E_Req y la potencia de ese grupo de resistencias.

Como ves, se pueden determinar las corrientes, tensiones y potencias de cada una de las resistencias, siempre y cuando tengas presentes los fenómenos eléctricos a los cuales obedece su comportamiento.

Es importante mencionar que los resultados de los parámetros eléctricos obtenidos, fueron redondeados para no manejar más de 3 dígitos después del punto decimal, porque se podría tener una variación mínima si se toman valores con 4 o 5 dígitos después del punto decimal, al realizar las operaciones.