CORRIENTE ALTERNA. VALORES DE REFERENCIA

La corriente alterna ( CA ) se produce cuando se alimenta un circuito con una fuente de voltaje cuya polaridad cambia o se alterna con el tiempo. Esto causa que los electrones circulen alternativamente en una dirección y luego en la dirección opuesta. Además de cambiar de dirección, casi todos los tipos de corrientes alternas cambian también de valor con el tiempo.

Ilustración del sentido de la corriente en un voltaje alterno

La representación gráfica de la forma particular como varía el valor de un voltaje o una corriente con el tiempo se denomina su forma de onda. En la siguiente imagen se muestran algunos ejemplos.

Corriente alterna cuadrada

Corriente alterna triangular

Corriente alterna senoidal

Cuando la variación sigue la forma de una onda seno, se tiene lo que se denomina una corriente alterna senoidal o sinusoidal. Este es el tipo de forma de onda de la corriente alterna más común y utilizada. Por esta razón, la vamos a estudiar detalladamente.



En todos los casos mostrados en la anterior imagen sobre el eje horizontal están representados los valores de tiempo ( t ) y sobre el eje vertical los valores de voltaje ( v ) o corriente ( i ). Las porciones de la forma de onda marcada como ( + ) y ( - ) representan una polaridad de voltaje o una dirección de movimiento de la corriente. En la siguiente figura se muestran algunos valores que adopta una onda seno de voltaje particular, en instantes de tiempo específicos.

Valores particulares de voltaje en una onda senoidal con el paso del tiempo

Concepto de ciclo. Valores angulares

La mayoría de corrientes y tensiones alternas de interés práctico son periódicas, es decir, sus formas de onda tienen un patrón regular que se repite exactamente de la misma forma cada cierto tiempo. El patrón de una forma de onda que se repite periódicamente se denomina un ciclo. En la siguiente imagen podemos observar un ciclo de una forma de onda senoidal.

Ciclo o periodo de una onda senoidal

Observe que, durante una alternancia o semiciclo ( medio ciclo ) de la onda, la corriente aumenta desde cero hasta un valor máximo, y posteriormente regresa a cero. A partir de entonces, la corriente empieza a aumentar otra vez, pero en dirección opuesta, hasta alcanzar un valor máximo y luego disminuye a cero. De esta forma se completa un ciclo. El proceso se repite indefinidamente.
En general, un ciclo incluye las variaciones entre cualquier par de puntos sucesivos de una forma de onda periódica que tienen el mismo valor y que varían en el mismo sentido.

Todos los patrones mostrados se repiten exactamente una y otra vez para constituir la onda seno. Lo mismo se aplica a cualquier otra forma de onda periódica.

En muchas situaciones es conveniente considerar los diferentes puntos de un ciclo como ángulos. Para este efecto, un ciclo completo se considera dividido en 360º. Por tanto, la mitad de un ciclo corresponde a 180º , la cuarta parte a 90º, y así sucesivamente. Del mismo modo, dos ciclos corresponden a 720º, tres ciclos y medio a 1.260º, etc.

Los ángulos se pueden también expresar en radianes ( rad ), siendo un radian equivalente a las 57,3º. Desde este punto de vista, un ciclo completo (360º) corresponde a 2π radianes, medio ciclo a π radianes, un cuarto de ciclo a π/2 radianes, dos ciclos a 4π radianes, y así sucesivamente. Recuerde que la constante π (se lee pi ) es aproximadamente igual a 3,1416.

Cuando trabaje con grados y radianes, tenga en cuenta las siguientes de reglas de conversión:

1.       .  Para convertir grados en radianes, multiplique por π (3,1416 ) y divida por 180. Esto es:

Ángulo en radianes = ( Ángulo en grados x π ) en + 180

2          2.Para convertir radianes en grados, multiplique por 180 y divida por π ( 3,1416 ). Esto es:

Ángulo en grados = (Ángulo en radianes x 180 ) + π

Por ejemplo, 30º corresponden a 30π/180 radianes, es decir, π/6 ó 0,52 rad. Del mismo modo, 1,5 rad corresponden a 1,5 x 180/π grados, es decir 30º.

En general, la magnitud de la corriente o el voltaje de una onda seno para un ángulo cualquiera es proporcional al seno de ese ángulo. En el caso de estas ondas la magnitud es cero para cero grados, máxima positiva para 90º (π/2 ), cero para 180° (π), máxima negativa para 270º (3 π/2 ), cero para 360º (2 π), y  así sucesivamente. La función seno se comporta de la misma manera: vale cero para cero grados y  180°, +1 para 90º y  -1 para 270º.

Concepto de período

El tiempo que dura un ciclo de una corriente o una tensión alterna define el periodo ( T ) de la onda. El período se mide en segundos (s). También es común el uso de submúltiplos, como el milisegundo (ms), el  microsegundo (µs) y el nanosegundo (ns). Un ciclo corresponde a T segundos,  medio ciclo a T/2, un cuarto de ciclo a T/4, y así sucesivamente.

Concepto de frecuencia

El número de ciclos de una corriente o una tensión alterna que ocurren o se repiten en un segundo, define la frecuencia ( f ) de la onda. La unidad de medida de la frecuencia es el hertz o hertzio ( Hz ), denominado así en honor del físico alemán Heinrich Hertz ( 1857 - 1894 ), descubridor de las ondas de radio. También es común el uso de múltiplos como el kilohertz ( kHz ), el megahertz ( MHz ) y el gigahertz ( GHz ). Un kilohertz, por ejemplo, equivale a mil hertz ( 1 kHz = 1.000 Hz = 103  Hz ).

Las corrientes alternas con frecuencias desde 20 Hz hasta unos 20 kHz se denominan señales de audio. Este nombre se debe a que producen sonidos audibles cuando se reproducen en un altavoz. Las corrientes alternas con frecuencias por encima de 20 kHz, por su parte, se denominan señales supersónicas o de radio. Estas señales no son audibles, pero pueden viajar distancias considerables a través del espacio, permitiendo la comunicación remota entre dos o más puntos.



Relación entre frecuencia y periodo

Matemáticamente, la frecuencia es el inverso o recíproco del periodo, y viceversa. Esto es:

f = 1/T             T = 1/f

Por ejemplo, la frecuencia ( f ) correspondiente a un periodo ( T ) de 2µs, es :

f = 1/T = 1/2 µs = 0,5 MHz = 500 kHz

Del mismo modo, el periodo ( T ) correspondiente a una frecuencia ( f ) de 50 Hz , es : 

T = 1/f = 1/50 Hz = 0,02 s = 20 ms

Valores de una onda seno

En un ciclo de una onda seno de voltaje o corriente alterna se distinguen varios valores característicos, los cuales permiten comparar una forma de onda con otra y describir su comportamiento en términos cuantitativos. Los más importantes son el valor instantáneo, el valor pico, el valor pico a pico, el valor promedio y el valor efectivo o rms. Todos estos conceptos los podemos ver en la siguiente gráfica.

Valores de una onda senoidal

Concepto de valor instantáneo

El valor instantáneo, como su nombre lo indica, es el valor de voltaje o corriente que tiene la onda en cualquier instante de tiempo. Este valor, que designaremos como v o i ( en minúsculas ), es proporcional al seno de ángulo correspondiente al instante considerado. Esto es :

v = V_M  senƟ

i = I_M  senƟ

siendo Ɵ ( léase theta ) el ángulo y V_M  o I_M la amplitud o valor máximo de la onda. Por ejemplo, si el valor máximo de un voltaje senoidal es 170V, su valor instantáneo para un ángulo Ɵ de 30⁰ ( π/6 ) es :

v = V_M  senƟ

v = 170 sen 30⁰  V

v = 170 x 0,5V

v = 85 V

Concepto de valor pico y de valor pico a pico

El valor pico, que designaremos como I_P o V_P, es el máximo valor positivo o negativo que alcanza la onda. En el ejemplo anterior, la onda tiene un valor pico positivo de +170V y un valor pico negativo de -170V. La magnitud absoluta del valor pico se conoce también como amplitud. En nuestro caso, la amplitud de la onda ( VM ) es simplemente 170V. En general, para una onda seno pura, la magnitud del valor pico positivo es igual a la del valor pico negativo. Sin embargo, éste no es el caso general ni más común que nos podemos encontrar en la realidad.



El valor pico a pico, que designaremos como I_PP o V_PP, es la amplitud neta de la onda desde el pico positivo hasta el pico negativo. En otras palabras, es la suma de los valores pico absolutos. En nuestro caso, la onda tiene un valor pico a pico de -170V a +170V, es decir, 340V. En general, para una onda seno pura, el valor pico a pico es siempre el doble del valor pico. Lo mismo sucede con otras formas de onda, pero no es el caso general.

Concepto de valor promedio

El valor promedio, que designaremos como I_PR o V_PR , es el promedio aritmético de todos los valores instantáneos que tiene una onda durante un semiciclo. En el caso de una onda seno pura, el valor promedio está dado por:

Valor promedio = 0,637 x valor pico

V_PR = 0,637 V_P

En nuestro caso, la onda tiene un valor pico de 170V. Por tanto, su valor promedio es 0,637 x 170V, es decir, 108,29V.

Hasta aquí damos por finalizado este artículo en el cuál hemos visto algunos conceptos de las ondas senoidales de corriente alterna, pero aún faltan algunos otros conceptos que vamos a tratar en la siguiente entrada como son el valor efectivo o RMS, el factor de forma, el ángulo de fase y las relaciones de tiempo en las ondas seno. ¡ Os esperamos !.

Escrito por Archie Tecnology

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