Corriente Alterna (CA): Conceptos, Circuitos y Potencia

Conceptos Fundamentales de Corriente Alterna (CA)

Periodo: Es el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo completo. Frecuencia: Es el número de veces que se repite el ciclo en un segundo.

Valores Característicos de la CA

En las señales de CA, los valores son más complejos que en la CC (Corriente Continua). Los valores característicos son:

• Valor Máximo (Vmax): Es el valor más elevado que alcanza la señal en el semiciclo positivo.
• Valor Pico a Pico (Vpp): Es la diferencia entre el valor máximo positivo y el valor máximo negativo de la señal.
• Valor Instantáneo (v(t)): Es el valor que toma la tensión en cada instante de tiempo. Se calcula como: v(t) = Vmax * sen(ωt), donde ω es la frecuencia angular.
• Valor Eficaz (Vrms): Es el valor equivalente al de una magnitud constante que produce los mismos efectos calóricos. Se calcula como: Vrms = Vmax / √2.
• Valor Medio de Ciclo Completo: Es el resultado de realizar la media de todos los valores instantáneos de un ciclo completo. En una señal sinusoidal pura, el valor medio de un ciclo completo es cero.

Análisis de Circuitos en CA

En el análisis de circuitos de CA, se utilizan principalmente valores eficaces.

Comportamiento de Componentes en CA

• Resistencia: Al aplicar una tensión senoidal a una resistencia, esta se comporta de manera similar a como lo haría en CC. Aparece una corriente que tiene la misma forma que la tensión. La tensión (V) y la corriente (I) están en fase.
• Bobina: Al circular una corriente alterna por una bobina, la tensión se adelanta a la corriente. La bobina se opone al establecimiento de la corriente. La intensidad (I) va retrasada 90º con respecto a la tensión (V).
• Condensador: Cuando se completa la carga del condensador, la corriente es cero y la tensión alcanza su valor máximo. El condensador produce un adelanto de la corriente. La intensidad (I) va adelantada 90º con respecto a la tensión (V).

Potencia en Circuitos de CA

Potencia en un Circuito con Resistencia

Se obtiene al multiplicar los valores instantáneos de la tensión por la intensidad en cada punto. La potencia disipada es variable. La potencia media, también conocida como potencia activa (P), se calcula como: Pm = Vr * I = I² * R = V²/R.

Potencia en un Circuito con Capacidad o Inductancia

La potencia instantánea se obtiene al multiplicar los valores instantáneos de la tensión por la intensidad en cada punto. La potencia reactiva (Q) se calcula como: Q = Vc * I = I² * Xc (para condensadores) o Q = Vl * I = I² * Xl (para bobinas), donde Xc y Xl son las reactancias capacitiva e inductiva, respectivamente.

Potencia en un Circuito Serie RLC

En un circuito serie RLC, aparecen combinados los dos tipos de potencia (activa y reactiva), además de una nueva magnitud: la potencia aparente (S).

• Potencia Activa (P): Es la potencia que produce trabajo en el receptor. Se calcula como: P = V * I * cos(φ), donde φ es el ángulo de desfase entre la tensión y la corriente.
• Potencia Reactiva (Q): Es la potencia que disipan las bobinas y los condensadores, y que no se transforma en trabajo útil en el receptor. Esta potencia fluctúa entre el generador y el receptor. Se calcula como: Q = V * I * sen(φ).
• Potencia Aparente (S): Es la potencia total que se mueve por los conductores desde el generador hasta el receptor. Es la suma vectorial de la potencia activa y la potencia reactiva. Se calcula como: S = V * I.