Conceptos Clave de Electricidad: Fase, Fasores, Reactancia e Impedancia

Conceptos Fundamentales en Circuitos de Corriente Alterna

La Fase en Sistemas Cíclicos

La fase indica la posición instantánea dentro de un ciclo de una magnitud que varía cíclicamente. Representa la fracción del período transcurrido desde un punto de referencia. Un ciclo completo se puede visualizar como un círculo de 360º. La "fase" es la diferencia, en grados, entre un punto en este círculo y un punto de referencia. Una rotación de 360º equivale a un ciclo completo.

En ondas, el ángulo de fase mide la diferencia de tiempo entre dos ondas senoidales. Aunque la fase es una diferencia temporal, se normaliza y se expresa en grados o radianes, representando la porción del ciclo completo, independientemente del período real de la onda. El ángulo de fase de una onda se representa como (wt-kx+Ø).

No es posible determinar el ángulo de fase de una onda con una sola medición. Se requieren múltiples mediciones en función del tiempo o la posición para deducir el ángulo de fase, aunque con una indeterminación de un múltiplo entero de 2π.

Fasores: Representación Gráfica de Oscilaciones

Un fasor es la representación gráfica de un número complejo utilizado para describir una oscilación. La suma de varios fasores permite representar la magnitud y la fase de la oscilación resultante de la superposición de múltiples oscilaciones (interferencia). Los fasores son herramientas fundamentales en ingeniería eléctrica, óptica, ingeniería de telecomunicaciones y acústica. La longitud del fasor representa la amplitud, y el ángulo entre el fasor y el eje x representa la fase angular.

Reactancia: Oposición al Cambio en Circuitos de CA

La corriente eléctrica que circula por un conductor produce dos efectos principales: el efecto calórico (efecto Joule) y el efecto magnético.

• El efecto calórico se manifiesta en el calentamiento de resistencias, como en planchas, filamentos de bombillas y resistencias de aparatos eléctricos.
• El efecto magnético se utiliza en motores eléctricos, reactores de tubos fluorescentes (para limitar la corriente), encendedores de cocina tipo "magic click" y sistemas de encendido integrados en cocinas, entre otros.

Existen dos tipos de reactancia:

• Reactancia Inductiva: Se opone a los cambios de *corriente*. En este caso, el voltaje *adelanta* a la corriente.
• Reactancia Capacitiva: Se opone a los cambios de *voltaje*. La corriente (i) *adelanta* al voltaje (v) en 90°. En una representación senoidal o fasorial, la corriente se desplaza 90° delante del voltaje.

Impedancia: Oposición Total en Circuitos de CA

La impedancia (Z) es una medida de la oposición total que presenta un circuito al paso de una corriente alterna (CA) cuando se aplica una tensión. Extiende el concepto de resistencia a los circuitos de CA, incorporando tanto magnitud como fase (a diferencia de la resistencia, que solo tiene magnitud). En corriente continua (CC), la impedancia es igual a la resistencia, que puede considerarse como una impedancia con un ángulo de fase de cero grados. La impedancia permite generalizar la ley de Ohm a la ley de Ohm para corriente alterna.

Dominio del Tiempo y Frecuencia de Red

El dominio del tiempo describe el comportamiento de un circuito en función del tiempo. El tiempo de carga de un circuito RC (resistencia-condensador) es proporcional a la resistencia (R) y la capacitancia (C). El producto R x C se denomina constante de tiempo del circuito.

La frecuencia de una red eléctrica se refiere a la frecuencia de la corriente alterna suministrada. Actualmente, existen dos frecuencias principales: 50 Hz (Europa) y 60 Hz (Norteamérica). La elección de estas frecuencias se remonta a los inicios de la electrificación y a la "guerra de las corrientes" entre corriente continua y alterna.

Inicialmente, la electricidad se usaba principalmente para iluminación, con frecuencias de 40-53 Hz en Europa y 125-133 1/3 Hz en EE. UU. hasta aproximadamente 1890.