Corriente Alterna Guia Teorica

1. Corriente Alterna Prof. Yolyger Delgado
CORRIENTE
ALTERNA
Realizado por: Ing. Yolyger Delgado
1. DEFINICIONES
La corriente alterna (CA) es un tipo de corriente eléctrica, en la que la
dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. Se
denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de
alternating current) a la Corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían
cíclicamente.
La corriente que fluye por las líneas eléctricas y la electricidad disponible
normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente
alterna. Esa es una de sus principales características que puede ser trasladad
grandes distancias sin perder su intensidad, pero es importante entender que
aunque es la que se usa en nuestras casas, es necesario antes de pasar a
nuestros enchufes, pasar por un transformador de corriente, para que aunque sea
corriente alterna, se comporte como corriente continua, para que las subidas y
bajadas de tensión, no dañen nuestros equipos, y puedan ser usados según sus
requerimientos de amperaje.
La corriente alterna periódica es la llamada corriente sinusoidal o senoidal,
porque es la única capaz de pasar a través de resistencias, bobinas y
condensadores sin deformarse.
Se llama sinusoidal porque sigue la forma de la función seno

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2. HISTORIA
En el año 1882 el físico, matemático, inventor e ingeniero Nikola Tesla,
diseñó y construyó el primer motor de inducción de CA. Posteriormente el
físico William Stanley, reutilizó, en 1885, el principio de inducción para transferir la
CA entre dos circuitos eléctricamente aislados. La idea central fue la de enrollar un
par de Bobinas en una base de hierro común, denominada Bobina de inducción.
De este modo se obtuvo lo que sería el precursor del actual Transformador.
El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla;
la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George
Westinghouse. Otros que contribuyeron en el desarrollo y mejora de este sistema
fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los
años 1881 y 1889. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al
emplear la Corriente continua (CC), el cual es un sistema ineficiente para la
distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de
potencia, comercializado en su día con gran agresividad por Thomas Edison.
La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su
facilidad de transformación, cualidad de la que carece la Corriente continua. En el
caso de la corriente continua la elevación de la tensión se logra conectando
dinamos en serie, lo cual no es muy práctico, al contrario en corriente alterna se
cuenta con un dispositivo: el transformador, que permite elevar la tensión de una
forma eficiente.
3. VARIABLES DE LA SEÑAL DE CORRIENTE ALTERNA
Esta señal alterna queda definida por las siguientes características:
3.1. Frecuencia: Es el número de veces que se repite un ciclo en un
segundo. Su expresión matemática es :
f = y se mide en la unidad de Hertz o Ciclos / seg (Hz)

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3.2. Periodo o Ciclo: Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo. Su
expresión matemática es:
T = y se mide en segundos (seg).
También se calcula como la inversa de la frecuencia.
T =
3.3. Pulsaciones (w): Número de periodos comprendidos en 2π unidades
de tiempo Esto también es identificado como velocidad angular
w = 2.π.f (rad / seg).
Ó
w
3.4. Amplitud o valor máximo: Es el máximo valor que toma la señal en un
periodo; coincide con el valor en las crestas o picos de la señal
senusoidal

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4. COMO SE GENERA LA CORRIENTE ALTERNA
Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos:
resistencias, condensadores y bobinas y un generador que suministra la corriente
alterna.
Un alternador es un generador
de corriente alterna que se basa en la
inducción de una f. e. m al girar una
espira (o bobina) en el seno de un
campo magnético debida a la variación
de flujo. Según va girando la espira
varía el número de líneas de campo
magnético que la atraviesan.
Una f. e. m alterna se produce mediante la rotación de una bobina con
velocidad angular constante dentro de un campo magnético uniforme entre los
polos de un imán.
ε = εmax . sen (w.t)
Con relación a la intensidad de la corriente originada por una f.e.m inducida,
aplicando la ley de ohm:
5. VALORES MEDIOS Y EFICACES EN UNA CORRIENTE ALTERNA.

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5.1. Valor instantáneo. Es el que forma la señal en un momento dado. Una
vez conocida la función de la señal, se determina sustituyendo el valor
del tiempo pedido.
5.2. Valor Eficaz: Es el valor donde una corriente de alterna se comporta
como una continua.
5.3. Valor Medio: Corresponde a la media aritmética de todos los valores
instantáneos medidos en cierto intervalo de tiempo.
En base a lo anterior, en cuanto a corriente alterna, se pueden identificar:
Intensidad Eficaz ( Ie ) f.e.m. Eficaz (εe ) Potencial Eficaz ( Ve)
Es el valor que tendría
una corriente continua,
que produjera la misma
intensidad que una
corriente alterna, al
aplicarla sobre una
misma resistencia
Es el valor que tendría
una corriente continua,
que produjera la
misma f.e.m que dicha
corriente alterna, al
aplicarla sobre una
misma resistencia
Es el valor que tendría
una corriente continua,
que produjera el
mismo potencial que
dicha corriente alterna,
al aplicarla sobre una
misma resistencia
Intensidad Media ( Im) f.e.m. Media (εm ) Potencial Medio (Vm)
Esto lo podemos ver representado en las siguientes graficas:

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CIRCUITOS DE
CORRIENTE ALTERNA
En los circuitos de corriente alterna, los componentes cuya oposición al
paso de la corriente (resistencia), varían con la frecuencia de la misma.
Los receptores eléctricos, motores, lámparas, etc., cuando se conectan en
un circuito de corriente alterna (c.a.) se pueden comportar de 3 formas diferentes.
• Como Receptores Resistivos puros. Solo tienen resistencia pura. Se llaman
receptores R o Resistivos.
• Como Receptores Inductivos puros. Solo tienen un componente inductivo
puro (bobina). Se llaman L o inductivos.
• Como Receptores Capacitivos puros. Solo tienen un componente capacitivo
(condensadores). Se llaman C o capacitivos.

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En realidad, no hay ningún receptor R, L o C puro, ya que por ejemplo, la
bobina de un motor será un receptor inductivo, pero al ser un conductor también
tendrá una resistencia, y por lo tanto, también tendrá un componente resistivo, por
lo que realmente será un receptor RL.
Incluso el motor también tiene una parte capacitiva, por lo que en realidad
será un receptor RLC.
Cada uno de estos dispositivos, tiene una función específica, por ejemplo
un condensador almacena corriente, la bobina disipa corriente, por lo que cuando
la corriente eléctrica, pasa a través de ellos, esta se adelanta o se atrasa con
respecto a la tensión, como veremos más adelante.
En estos circuitos la resistencia varia con la frecuencia, la resistencia total
en este tipo de circuitos se llama Impedancia (Z) y suele estar constituida por dos
términos: la Resistencia ( R) que no varía con la frecuencia y la Reactancia (X),

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que es el termino que indica la resistencia que presenta un determinado
componente para una frecuencia, y se expresa mediante la siguiente ecuación.
Z = R + i. X
Z= Impedancia (ohm)
R= Resistencia (ohm)
X = Reactancia (ohm)
La reactancia del elemento recibe el nombre de Inductancia XL cuando es
producida por una bobina y Capacitancia Xc , cuando la produce un
condensador.
Esta ecuación se resuelve usando números complejos, pero para efectos
de este tema se usaran los triángulos trigonométricos, mas adelante según el
circuito estudiado se resolverá. Pero de manera General esta ecuación se
resuelve de la siguiente manera
Z=
Las reactancias dependen de un valor característico del elemento, y de la
frecuencia:
Elemento Símbolo del elemento Valor
característico
Unidad
de
medición
Ecuación
de la
Reactancia
Resistencia Reistencia
(R)
ohm
Bobina
Auto
inductancia
(L)
Henry
XL = ω . L

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Condensador
Capacidad
( C)
Faraday
Ahora veamos cómo se comportan los circuitos en corriente alterna en
función del receptor que se conecte.
5.4. CIRCUITOS R
Solo están compuestos con elementos resistivos puros. En este caso la V y
la I (tensión e intensidad) están en fase, o lo que es lo mismo, las ondas empiezan
y acaban a la vez en el tiempo. Por estar en fase se tratan igual que en corriente
continua. Esto en c.a. solo pasa en circuitos puramente resistivos (solo
resistencias puras).

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Las tensiones e intensidades instantáneas están en fase y serán:
v = Vo x seno wt
i = Io x sen wt
En receptores resistivos puros la impedancia es R, ya que no hay más
tipos de resistencias. Si te fijas lo único que hacemos es aplicar la Ley de Ohm.
V = I x R.
La potencia será P = V x I. ( el cos 0º = 1), solo hay potencia activa y se
llama igualmente P. Recuerda que enD este caso el ángulo de desfase es 0
grados, ya que están en fase las dos ondas.
5.5. CIRCUITOS L
Son los circuitos que solo tienen componente inductivo (bobinas puras). En
este caso la V y la I están desfasadas 90º. La intensidad esta retrasada 90º
respecto a la tensión o la tensión está adelantada 90º respecto a la intensidad.
En estos circuitos en lugar de R tenemos XL, impedancia inductiva. La XL
es algo así como la resistencia de la parte inductiva. Para calcularla es importante
un valor llamado inductancia (L) que solo poseen las bobinas puras. L será la
inductancia y se mide en henrios, al multiplicarla por w (frecuencia angular) nos
dará la impedancia inductiva.

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El valor de la tensión en cualquier momento (instantánea) sería:
v = Vo x sen (w. t)
donde Vo es el valor máximo de la tensión, w frecuencia angular y t el
tiempo.
Para la intensidad instantánea recuerda que la I está retrasada 90º respecto
a la tensión. Si (w. t) es el ángulo para la tensión, como la intensidad está
retrasada 90º respecto a la tensión, tenemos que la intensidad instantánea será:
I = Io x sen (w. t - 90º).

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5.6. CIRCUITOS C
Este tipo de circuitos son los que solo tienen componentes capacitivos
(condensadores puros). En este caso la V y la I están desfasadas 90º negativos
(la V está retrasada en lugar de adelantada con respecto a la I ). La Xc será la
impedancia capacitiva, algo parecido a la resistencia de la parte capacitiva.
El valor de la tensión en cualquier momento (instantánea) sería:
v = Vo x sen (w. t)
donde Vo es el valor máximo de la tensión, w frecuencia angular y t el
tiempo.
Para la intensidad instantánea recuerda que la I está adelantada 90º
respecto a la tensión. Si (w. t) es el ángulo para la tensión, como la intensidad está
retrasada 90º respecto a la tensión, tenemos que la intensidad instantánea será:

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I = Io x sen (w. t + 90º).
Ahora que ya sabemos cómo se resuelven los circuitos de corriente alterna
con receptores puros, veamos cómo se resuelven cuando son una mezcla de
varios puros. En este caso tenemos varias posibilidades, RL, RC y RLC.
Recuerda los ángulos de desfase en cada caso. Es mejor para los circuitos
en serie recordar los ángulos de desfase tomando como referencia en 0º a la
intensidad. En ese caso mira como quedarían:

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5.7. CIRCUITO RL EN SERIE
Por ser un circuito en serie, la intensidades por los 2 receptores serán las
mismas, y las tensiones serán la suma de las 2 tensiones, pero OJO, suma
vectorial.
Si consideramos que la intensidad está en ángulo 0, la tensión de la
resistencia estará en fase, pero la de la bobina estará adelantada 90º respecto a la
intensidad del circuito y por lo tanto 90º adelantada respecto a la tensión de la
resistencia también.
Podríamos dibujar las 3 tensiones en lo que se llama el triángulo de
tensiones:

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De este triángulo podemos deducir muchas fórmulas, solo tenemos que
aplicar trigonometría.
Si ahora dividimos todos los vectores del triángulo entre la intensidad, nos
queda un triángulo semejante pero más pequeño, que será el llamado triángulo de
impedancias.

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Por trigonometría podemos deducir varias fórmulas de este triángulo,
como puedes ver en la imagen.
Ejemplo:
5.8. CIRCUITO RC
Este es igual solo que ahora tenemos Xc en lugar de Xl. Recuerda que Xc =
1/wC. La intensidad será la misma en el circuito por estar los dos componentes en
serie, pero la tensión será la suma. La diferencia con el anterior es que la tensión
del condensador estará retrasada 90º con respecto a la intensidad, no adelantada
como con la bobina. Tendremos los mismos triángulo, pero boca abajo.

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Ejemplo:

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5.9. CIRCUITOS RLC
Son los circuitos más reales. Fíjate que si te
acostumbras hacer todo con los triángulos de
impedancias, de tensiones y de potencias es mucho
más fácil.

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Como estos dispositivos, tienen elementos, que atrasan, y adelanta el
voltaje, los valores del voltaje y las reactancias, se restan, quedando:
BIBLIOGRAFÍA
• https://www.areatecnologia.com/electricidad/circuitos-de-corriente-alterna.html
• https://www.areatecnologia.com/electricidad/ejercicios-alterna.html
• https://www.youtube.com/watch?v=BPaIiaoYkNY&t=27s&ab_channel=Jorge
Cogollo (diferencia entre la corriente continua y la alterna)
• https://youtu.be/QJzh7RlHTI0 (ejercicios resueltos)