Conceptos Clave de Corriente Alterna: Tensión, Intensidad y Fases

Conceptos Fundamentales de Corriente Alterna

Valor Instantáneo (e)

Es el valor que toma la fuerza electromotriz (f.e.m.) en un instante específico t.

Pulsación (ω)

Velocidad angular suministrada por el alternador (velocidad a la que gira la espira dentro del campo magnético). Sus unidades son radianes por segundo (rad/s).

Periodo (T)

Tiempo, medido en segundos, que tarda en completarse una oscilación senoidal completa. Una onda completa abarca un ángulo de 2π radianes. El periodo T se calcula como:

T = 2π / ω (segundos)

Frecuencia (f)

Indica el número de ciclos que se repiten en un segundo. Es la inversa del periodo (T) y se mide en ciclos por segundo o hercios (Hz).

La fórmula es: f = ω / (2π) = 1 / T (Hz).

Valores comunes: 50 Hz en Europa y 60 Hz en Estados Unidos. Esto corresponde a pulsaciones (ω) de 100π rad/s y 120π rad/s, respectivamente. En el sistema europeo (50 Hz), la corriente alterna cambia de sentido 100 veces por segundo (2 veces por ciclo).

Amplitud (E₀)

Es el valor máximo (positivo o negativo) que alcanza la f.e.m. en cada semiperiodo. También se denomina valor pico o valor de cresta.

Fase

Se refiere al instante, posición o estado en el que se analiza una magnitud periódica que varía en función del tiempo.

Ángulo de Fase (φ)

(φ) Es el ángulo de la función senoidal correspondiente (ωt + φ₀). Para un tiempo t = 0 segundos, este ángulo se denomina fase inicial (φ₀). Si la fase inicial coincide con el origen de coordenadas, entonces φ₀ = 0, y el ángulo de fase en cualquier instante t es φ = ωt. Sus unidades son los radianes.

Fase y Desfase entre Magnitudes Senoidales

Fase

Dos magnitudes senoidales (por ejemplo, tensión e intensidad) están en fase si alcanzan sus valores máximos y mínimos simultáneamente.

Desfase

Dos magnitudes alternas están desfasadas un ángulo φ (o un tiempo t) si sus valores máximos y mínimos no coinciden, estando separados por dicho ángulo o tiempo.

Frecuentemente, la tensión (v) y la intensidad (i) no están en fase. Sus ecuaciones son:

• v = V₀ sen(ωt + φ₀)
• i = I₀ sen(ωt + φ₁)

El desfase entre ellas es Δφ = φ₀ - φ₁.

• Si φ₀ > φ₁ (Δφ > 0), se dice que la tensión adelanta a la intensidad (o la intensidad está retrasada respecto a la tensión). La tensión alcanza su paso por cero (en sentido positivo) antes que la intensidad.
• Si φ₁ > φ₀ (Δφ < 0), se dice que la intensidad adelanta a la tensión (o la tensión está retrasada respecto a la intensidad). La intensidad alcanza su paso por cero (en sentido positivo) antes que la tensión.

Valor Medio (E_m)

El valor medio de la f.e.m. en un semiperiodo es la media aritmética de sus valores instantáneos durante ese intervalo. Para una señal senoidal, se calcula como:

E_m = 2E₀ / π

(Nota: El valor medio sobre un periodo completo de una señal senoidal pura es cero).

Valor Eficaz (E)

Se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos de la f.e.m. (o de otra magnitud periódica, como la intensidad) a lo largo de un periodo completo. También se conoce como valor RMS (Root Mean Square). Para señales senoidales:

• E = E₀ / √2
• I = I₀ / √2

El valor eficaz es importante porque representa el valor de una corriente continua que produciría la misma disipación de potencia en una resistencia.

Factor de Amplitud

Es el cociente entre el valor máximo (amplitud) y el valor eficaz. Para magnitudes senoidales puras, su valor es:

Factor de Amplitud = E₀ / E = √2

Factor de Forma

Para una onda senoidal, es el cociente entre el valor eficaz y el valor medio (calculado sobre un semiperiodo). Su valor es:

Factor de Forma = E / E_m = (π / (2√2)) ≈ 1.11

Resistencia Óhmica (R)

Es la oposición (resistencia) que presentan ciertos componentes eléctricos (llamados receptores óhmicos, como lámparas de incandescencia o resistencias puras) al paso de la corriente eléctrica. Esta oposición provoca la transformación de energía eléctrica en calor (efecto Joule), de acuerdo con la Ley de Ohm (V = I · R en corriente continua, o para valores eficaces en alterna si solo hay resistencia).