Corriente alterna

    Se llama corriente alterna a la producida en unos generadores, llamados alternadores, que basan su funcionamiento en la fuerza electromotriz que aparece en una espira, cuando ésta gira en un campo magnético, gracias a la variación de flujo que se origina en dicho giro. El valor de esta fuerza electromotriz es:

    E = Em · sen  (1)

    siendo Em el valor máximo que puede alcanzar E. Este valor está ligado a la inducción del campo magnético presente (B), el número de espiras que giren (n), la superficie de dichas espiras (S) y la velocidad angular de giro (), por la relación:

    Em = n · B · S ·

    De (1) se deduce que la variación de la fuerza electromotriz, E, es sinusoidal.

    Veamos otros parámetros de un circuito recorrido por una corriente alterna. Supóngase que el circuito está constituido por un generador, una resistencia óhmica externa, R, una autoinducción, L, y un condensador de capacidad C.

    Considerando incluida en R la resistencia interna del generador, r, la tensión o diferencia de potencial entre bornes del generador viene dada por:

    V = Vm· sen 2 · f · t

    donde f es la frecuencia y Vm la tensión máxima. En las corrientes alternas producidas en Europa se suele usar una frecuencia de 50 Hz y en las usadas en América la frecuencia es habitualmente de 60 Hz.

    La intensidad de la corriente tiene dos componentes: estacionaria y transitoria. Dado que la segunda disminuye exponencialmente en presencia de una capacidad, se considerará sólo la primera, cuyo valor es:

    I = (2)

    siendo:

    Así pues, la intensidad también varía sinusoidalmente. Su valor máximo se logrará cuando sen (t – ) = 1, con lo que:

    Im = (3)

    Lo que permite escribir (2) en la forma:

    I = Im · sen (t – )

    Por tanto, tensión e intensidad tienen la misma frecuencia, pero ambos valores se hallan desfasados un ángulo .

    Si llamamos XL, una magnitud conocida como reactancia inductiva, al valor L y designamos por XC, llamándole reactancia capacitativa, al valor , la expresión (3) puede escribirse como:

    Im = (4)

    La diferencia XLXC se suele representar por X y se conoce por reactancia. De esta manera, la fórmula (4) también se escribe como:

    Im =

    El valor se denomina impedancia del circuito. Todas las reactancias y, por tanto la impedancia, se miden en ohmios ().

    Intensidad y tensión máximas e impedancia se hallan relacionadas por una expresión similar a la ley de Ohm para corrientes continuas, que es:

    Im =

    La reactancia, la resistencia óhmica y la impedancia admiten la siguiente representación vectorial.

    Las corrientes alternas se pueden estudiar más fácilmente empleando valores eficaces. Se llama intensidad eficaz, Ie, de una corriente alterna a la de otra corriente continua que produjera la misma cantidad de calor en el mismo tiempo y en un circuito con igual resistencia. Su valor es:

    Ie =

    Análogamente, el valor de la tensión eficaz es:

    Ve =

    Un caso especial en circuitos de corriente alterna es el de resonancia, que se produce cuando XL es igual a XC. En ese caso, X = XLXC es nula y la impedancia queda reducida a la resistencia óhmica.

    La variación continua de la intensidad y de la tensión de una corriente alterna hace que la potencia de la misma también esté sufriendo permanentes variaciones. Por ello, en lugar de hablar de potencias instantáneas, se define la potencia media como:

    Pm = Ve · Ie · cos 

    El factor cos  se denomina factor de potencia y hace que la potencia media sea máxima (cuando cos  = 1) o mínima (cuando cos  = 0). El primer caso se produce si sólo hay resistencia óhmica, y el segundo, cuando el circuito presenta sólo XL o únicamente XC (ya que la potencia del circuito se utiliza para crear campos magnéticos).