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?

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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

3 categorías para medir la tensión eléctrica

La tensión es la fuerza que mueve a los electrones libres en el circuito. Ahora cabe preguntar, ¿cuántos electrones puede mover? Como cualquier otro trabajo, depende de la cantidad de energía que se aplique: la unidad de medida de la tensión es el voltio y se requiere 1 voltio para mover 1 coulomb (6.28 trillones de electrones libres) a través del circuito, lo cual representa 1 joule de trabajo.

Así pues, la tensión eléctrica se mide en voltios (representados con la letra V); y el conjunto de voltios que se aplica a un circuito dado recibe el nombre de voltaje o fuerza electromotriz, ya que es la fuerza que se requiere para mover cierta cantidad de electrones libres.

Ver también: El detector de voltaje, una herramienta indispensable para el electricista

Esta categoría resulta de gran utilidad para hacer una distinción general de la cantidad de energía que requieren diferentes trabajos:

• Alta tensión o alto voltaje: es la que se utiliza para transportar la energía eléctrica a grandes distancias (cientos de kilómetros)y tiene un rango que va de los 110 mil voltios y alcanza hasta 380 mil voltios.


• Tensión media o voltaje mediano: se utiliza para transportar la electricidad a decenas de kilómetros y va de los 3000 a los 30 mil voltios de tensión.


• Baja tensión o voltaje ligero: es la que se utiliza en la industria, el alumbrado público y el las instalaciones eléctricas residenciales, por lo regular va de los 120 a los 240 voltios.

Existen más categorías para medir la tensión que mencionaremos en futuras entradas.

Alessandro Volta y la pila eléctrica

El Conde Alessandro Volta fue un físico italiano que pasara a la historia entre otras cosas por ser el inventor de la pila eléctrica, dispositivo capaz de generar una corriente eléctrica de manera constante. Todo un acontecimiento para la época.

En su honor, en 1881 se nombró “voltio” a la unidad de potencial eléctrico en el sistema internacional de medidas, una de las unidades de medición eléctrica más importantes.

Alessandro Volta nació el 18 de febrero de 1745 en la ciudad italiana de Como, hijo de una familia noble que había perdido mucha de su influencia. No fue sino hasta los cuatro años que empezó a hablar, por lo que su familia temía que fuera retardado, sin embargo conforme pasaban los años igualó y superó a sus compañeros de escuela. A los 14 años fue cuando decidió dedicarse a la ciencia, y no a la iglesia, como su familia quería.

Volta estudió física y química y se le considera pionero en el campo de la electricidad por haber desarrollado los fundamentos de las baterías eléctricas en la actualidad. Él llamó a su invento pila voltaica y la construyó alternando alternando placas apiladas de zinc, cartón embebido en una solución salina y plata.

La pila es un dispositivo que almacena la energía química, la convierte y la hace disponible en forma de energía eléctrica.

Ver también: ¿Qué es el Voltaje?

En 1775 construyó el electróforo, un aparato que producía y almacenaba cargas de electricidad estática.

En los años siguientes se dedicó a la química y logró aislar el gas metano por primera vez. También estudió la electricidad de la atmósfera y condujo experimentos como la ignición de los gases por medio de chispas eléctricas en recipientes cerrados.

Volta fue amigo de otro gran científico, Galvani, quien le enviaba copias de sus trabajos en materia de electricidad. Volta no parecía muy convencido con la idea de que la electricidad era resultado del contacto de los músculos de los animales con el metal, por lo que decidió experimentar él mismo. Descubrió que la electricidad podía ser producida sin tejido orgánico alguno. Esto provocó la controversia entre quienes sostenían las diferentes posturas, las teorías de Volta se impusieron y Galvani quedó muy enojado con él, tanto, que nunca volvieron a ser amigos.

Durante 25 años fue profesor de física en la Universidad de Pavia en Italia. En 1800 desarrolló su famosa pila, que fue un avance importante en el campo de la electricidad por su capacidad de producir una corriente eléctrica ininterrumpida y sin variaciones.

Bonaparte le dio el título de Conde por su trabajo en el campo de la electricidad. Volta continuó trabajando y en 1816 publica en Florencia los resultados de sus investigaciones, que abarcaron cinco volúmenes. El 5 de marzo de 1827, fallece en la localidad italiana de Como.

En la actualidad existe un museo en Como, su ciudad natal: el Templo Voltiano, donde se exhiben algunas de las herramientas e instrumentos originales que utilizó para sus experimentos. También se creó la Fundación Voltiana, una organización que promueve la actividad científica.

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