La Corriente Alterna

LA CORRIENTE ALTERNA

Anteriormente se describió a la corriente como el movimiento de electrones libres a lo largo de un conductor conectado a un circuito en el que hay una diferencia de potencial. La corriente fluye en tanto exista una diferencia de potencial. Si la polaridad de la diferencia de potencial no varía, la corriente siempre fluirá en una dirección y se llama corriente directa o continua, o simplemente c-c. La corriente continua y los circuitos de c-c se han descrito detalladamente en el volumen 2.

Existe un tipo de corriente eléctrica que no siempre fluye en la misma dirección, sino que alterna y fluye primero hacia una dirección y luego se invierte y fluye hacia la otra. A este tipo de corriente se le llama corriente alterna o c-a.

En todo circuito la corriente fluye de la terminal negativa de la fuente hacia la terminal positiva, por tanto es obvio que para haber flujo de corriente alterna la polaridad de la fuente debe alternar o cambiar de dirección. Las fuentes que pueden hacer esto se llaman fuentes de poten­cia de c-a. Los circuitos alimentados Por fuentes de energía de c-a y que, por lo tanto, tienen corriente alterna, se llaman circuitos de c-a. En forma similar, la potencia consumida en un circuito de c-a es potencia de c-a.

Cuando se inicia el estudio de la corriente alterna, cabe preguntarse si tiene alguna aplicación práctica. Puesto que invierte su dirección, pu­diera parecer que cuanto hiciera al fluir en una dirección, lo desharía al invertirse y fluir en la dirección opuesta. Sin embargo, esto no sucede.

En un circuito, los electrones mismos no efectúan trabajo útil. Lo que importa es el efecto que producen las cargas a través de las cuales fluyen. Este efecto es el mismo, independientemente de la dirección que tenga la corriente. Por ejemplo, cuando fluye corriente a través de una resistencia, siempre se produce calor, sin importar que la corriente fluya siempre en una dirección o siempre en la dirección contraria, o bien, por momentos en una dirección y por momentos en la otra.

PORQUE SE UTILIZA LA CORRIENTE ALTERNA

Las primeras fuentes de energía eléctrica que usaron ampliamente proporcionaban corriente directa. Pero, mientras mejor se conocían las carac­terísticas de la corriente alterna, ésta fue sustituyendo a la corriente directa como la forma de energía más usada en el mundo. Actualmente, de toda la energía que se consume en el mundo, cerca del 90% es de corriente alterna. En Estados Unidos este porcentaje es aún mayor. Es cierto que aun allí hay colonias en las ciudades más antiguas en donde todavía se usa energía eléctrica de c-c; sin embargo, también en estas colonias se está cambiando gradualmente a c-a.

¿ Cuáles son las razones de este cambio? ¿ Por qué es nueve veces mayor el consumo de energía de c-a que de c-c? Básicamente, hay dos razones para esto. Una de ellas es que, por lo general, la c-a Sirve para las mismas aplicaciones que la c-c y, además, es más fácil y barato transmitir c-a desde el punto donde se produce hasta el punto donde se consumirá. La segunda razón para el amplio uso de la c-a es que con ella se pueden hacer ciertas cosas y sirve para ciertas aplicaciones en las cuales la c-c no es adecuada.

No debe pensarse que se dejará de usar la c-c y que toda la electricidad utilizada será de c-a. Hay muchas aplicaciones en donde sólo la c-c puede efectuar la función deseada, especialmente en el interior de equipo eléctrico.

TRANSMISIÓN DE POTENCIA ELÉCTRICA

DE CORRIENTE ALTERNA

En un circuito eléctrico ideal, toda la energía producida por la fuente, la carga la convertirá en alguna forma útil, por ejemplo luz o calor. Sin embargo, en la práctica, es imposible construir un circuito ideal. Parte de la energía que procede de la fuente se consume en los conductores de interconexión del circuito y parte se consume dentro de la misma fuente de potencia. Este consumo de energía fuera de la carga es energía des­perdiciada o potencia desperdiciada, por lo que su valor debe mante­nerse al mínimo posible. La mayor parte de estas pérdidas de potencia son en forma de calor generado cuando la corriente del circuito fluye a través de la resistencia en el alambrado y la resistencia interna de la fuente.

Según lo estudiado en el volumen 2, se recordará que estas resistencias generalmente son muy bajas y que, en consecuencia, las pérdidas de po­tencia serán muy pequeñas. No obstante, la excepción importante a esto ocurre cuando el alambrado entre la fuente y la carga es muy largo, corno en el caso de la transmisión de potencia eléctrica desde las estaciones ge­neradoras hasta los usuarios Estas líneas de fuerza eléctrica con las que el lector seguramente está familiarizado, pueden tener longitudes de cientos de kilómetros. Aun un alambre de cobre de gran diámetro, cuya resistencia es muy baja. Tiene una resistencia total considerable cuando se trata de cientos de kilómetros. Podría usarse el alambre de plata, que tiene la resistencia más baja de todas, pero esto no reduciría sustancialmente la resistencia total y su costo sería excesivo.

¿Cómo pueden entonces, transmitirse grandes cantidades de potencia eléctrica a través de grandes distancias sin grandes pérdidas en las lí­neas de transmisión? Esto no se puede hacer con c-c. Sin embargo, es relativamente fácil lograrlo con c-a.

PERDIDAS DE POTENCIA POR TRANSMISIÓN

DE CORRIENTE ALTERNA

Al transmitirse energía eléctrica, una parte de ésta se convierte en calor a lo largo de la línea de transmisión. De lo estudiado en el volumen 2 se recordará que esta pérdida en forma de calor es directamente propor­cional a la resistencia y al cuadrado de la corriente. Esto se puede apreciar en la siguiente fórmula para pérdida de potencia:

P=12R

Así, las pérdidas en forma de calor o de potencia (P) se pueden re­ducir si se baja la corriente (1) que lleve la línea de transmisión o la resistencia (R) del conductor, o bien, ambas. Sin embargo, la resistencia tiene mucho menos efecto en la pérdida de potencia que la corriente, ya que la corriente está elevada al cuadrado.

Si se duplicara la resistencia, las pérdidas de potencia serian cl doble. pero si se duplica la corriente, las pérdidas de potencia se cuadruplican. Así que la mejor manera de reducir las pérdidas de potencias es reducir la corriente Sin embargo, los usuarios de energía eléctrica necesitan tener, grandes corrientes al final de la línea de transmisión. Por lo tanto, lo más conveniente es un método por el cual se transmitan bajas corrientes por las líneas de transmisión, pero se pueden obtener altas corrientes al final de la línea. Esto es posible con potencia producida por c-a. En las líneas se envían corrientes relativamente bajas y, cuando llegan al punto corle debe consumirse. Se convierten en corrientes elevadas.

TRANSMISIÓN DE POTENCIA DE CORRIENTE ALTERNA

Tal vez parezca raro que se pueda transmitir potencia eléctrica con baja corriente en la línea de transmisión y, en cambio, obtener potencia con alta corriente al final de la línea. Para comprender esto debe tenerse presente la relación que hay entre potencia eléctrica, tensión y comente, según la siguiente ecuación:

P=EI

Se concluye eléctrica (P) Por ejemplo, Sión de 100 de 200 volts, 1,000 volts y de esta ecuación que puede producirse la misma potencia con muchas combinaciones de comente (1) y tensión (E). puede obtenerse una potencia de 1,000 watts con una ten­volts y una corriente de 10 amperes, o con una tensión y una corriente de 5 amperes, o bien, con una tensión de una corriente de un ampere.

Por lo tanto, hay muchas maneras de obtener una potencia de un millón de watts en una línea de transmisión; por ejemplo, puede obte­nerse con una tensión de 1,000 volts y, en este caso, la corriente sería de 1,000 amperes y muy grandes las pérdidas de potencia en la línea. También puede obtenerse esa misma potencia con una tensión de 100,000 volts y una corriente de sólo 10 amperes y las pérdidas de potencia serian mucho menores. Al final de la línea de transmisión, la combinación de tensión y corriente se puede convertir a cualquier otra combinación de tensión y corriente que produzca un total de un millón de watts.

Los dispositivos que se utilizan para convertir potencia de c-a de una combinación de valores de tensión y corriente a otra se llaman transformadores y se estudiarán más adelante en este mismo volumen.

LA FUENTE DE ENERGIA DE CORRIENTE ALTERNA

El objeto de cualquier fuente de potencia es producir una tensión o diferencia de potencial entre sus terminales de salida y mantener esta tensión cuando el circuito se cierra y fluye corriente. En fuentes de potencia de c-c, la polaridad de la tensión de salida nunca cambia. Una terminal es siempre negativa y la otra es siempre positiva. Por lo tanto, la corriente del circuito siempre tiene la misma dirección; sale de la terminal negativa de la fuente y regresa al polo positivo de la misma, después de haber pasado por la carga. Por otra parte, las fuentes de c-a cambian de polaridad constantemente. En determinado momento, una terminal es negativa y la otra positiva. Un instante más tarde, la terminal negativa se vuelve positiva y la positiva se vuelve negativa. Estas inversiones de polaridad son continuas y cada vez que suceden, la corriente del circuito cambia de dirección, ya que debe fluir siempre de la ter­minal

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