¿Cuál es la diferencia entre la corriente alterna y la corriente continua?
En el mundo actual la electricidad es lo más importante junto al oxígeno en el ser humano. Cuando se inventó la electricidad se produjeron muchos cambios a lo largo de los años. El planeta oscuro se convirtió en un planeta de luces. De hecho, simplificó la vida en todas las circunstancias. Todos los aparatos, industrias, oficinas, casas, tecnología, ordenadores funcionan con electricidad. Aquí la energía se presenta en dos formas, es decir, corriente alterna (CA) y corriente continua (CC). Sobre estas corrientes y la diferencia entre CA y CC se hablará en detalle, su función básica y sus usos. También se discuten sus propiedades en una columna tabular.
Diferencia entre CA y CC
El flujo de electricidad puede realizarse de dos formas como la CA (corriente alterna) y la CC (corriente continua). La electricidad puede definirse como el flujo de electrones a través de un conductor, como un cable. La principal disparidad entre la CA y la CC radica principalmente en la dirección en la que se alimentan los electrones. En la corriente continua, el flujo de electrones será en una sola dirección y en la corriente alterna, el flujo de electrones cambiará de dirección, como si fuera hacia adelante y luego hacia atrás. La diferencia entre la corriente alterna y la corriente continua incluye principalmente lo siguiente
Corriente alterna (CA)
La corriente alterna se define como el flujo de carga que cambia de dirección periódicamente. El resultado obtenido será que el nivel de tensión también se invierte junto con la corriente. Básicamente, la corriente alterna se utiliza para suministrar energía a industrias, casas, edificios de oficinas, etc.
Generación de CA
La corriente alterna se produce utilizando lo que se llama un alternador. Está diseñado para producir corriente alterna. En el interior de un campo magnético, se hace girar un bucle de alambre, a partir del cual fluye una corriente inducida a lo largo del mismo. En este caso, la rotación del hilo puede provenir de cualquier medio, es decir, de una turbina de vapor, del agua que fluye, de una turbina eólica, etc. Como el hilo gira y entra en una polaridad magnética diferente periódicamente, la corriente y la tensión se alternan en el hilo.
A partir de esto, la corriente generada puede ser de muchas formas de onda como la sinusoidal, la cuadrada y la triangular. Pero en la mayoría de los casos, se prefiere la onda sinusoidal porque es fácil de generar y los cálculos se pueden hacer con facilidad. Sin embargo, el resto de las ondas requieren un dispositivo adicional para convertirlas en sus respectivas formas de onda o hay que cambiar la forma del equipo y los cálculos serán muy difíciles. A continuación se describe la forma de onda sinusoidal.
Descripción de una onda sinusoidal
En general, la forma de onda de corriente alterna puede entenderse fácilmente con la ayuda de términos matemáticos. Para esta onda sinusoidal, las tres cosas que se necesitan son la amplitud, la fase y la frecuencia.
Observando sólo la tensión, una onda sinusoidal puede describirse como la siguiente función matemática:
V
V
VP: Es la amplitud. Indica la tensión máxima que puede alcanzar la onda sinusoidal en cualquier dirección, es decir, -VP voltios, +VP voltios o un punto intermedio.
La función de sin( ) establece que la tensión tendrá la forma de una onda sinusoidal periódica y actuará como una oscilación suave a 0V.
Aquí 2π es constante. Convierte la frecuencia de ciclos en hercios a frecuencia angular en radianes por segundo.
Aquí f describe la frecuencia de la onda sinusoidal. Será en forma de unidades por segundo o hercios. La frecuencia indica cuántas veces se produce una determinada forma de onda en un segundo.
Aquí t es una variable dependiente. Se mide en segundos. Cuando el tiempo varía, la forma de onda también varía.
La φ describe la fase de la onda sinusoidal. La fase se define como el desplazamiento de la forma de onda con respecto al tiempo. Se mide en grados. La naturaleza periódica de la onda sinusoidal se desplaza 360º y se convierte en la misma forma de onda cuando se desplaza 0º.
Para la fórmula anterior, se añaden los valores de la aplicación en tiempo real tomando como referencia Estados Unidos
La raíz cuadrada media (RMS) es otro pequeño concepto que ayuda a calcular la potencia eléctrica.
V
Aplicaciones de la CA
- Las tomas de corriente del hogar y de la oficina se utilizan con CA.
- Generar y transmitir energía de CA para largas distancias es fácil.
- Se pierde menos energía en la transmisión de energía eléctrica para tensiones altas (> 110kV).
- Las tensiones más altas implican corrientes más bajas, y para las corrientes más bajas se genera menos calor en la línea eléctrica, lo que obviamente se debe a la baja resistencia.
- La CA puede convertirse fácilmente de alta tensión a baja tensión y viceversa con la ayuda de transformadores.
- La CA alimenta los motores eléctricos.
- También es útil para muchos electrodomésticos grandes, como frigoríficos, lavavajillas, etc.
- Corriente continua
La corriente continua (CC) es el movimiento de portadores de carga eléctrica, es decir, de electrones, en un flujo unidireccional. En la CC, la intensidad de la corriente varía con el tiempo, pero la dirección del movimiento es siempre la misma. En este caso, la corriente continua se refiere a una tensión cuya polaridad nunca se invierte.
Fuente de CC
En un circuito de corriente continua, los electrones salen del polo negativo y se dirigen al polo positivo. Algunos físicos definen la corriente continua como el desplazamiento del polo positivo al negativo.
Por lo general, la fuente básica de corriente continua es producida por baterías, células electroquímicas y fotovoltaicas. Pero la corriente alterna es la más preferida en todo el mundo. En este escenario, la CA puede convertirse en CC. Esto ocurrirá en varios pasos. Inicialmente, la fuente de alimentación consiste en un transformador, que luego se convierte en CC con la ayuda de un rectificador. Éste evita que el flujo de corriente se invierta y se utiliza un filtro para eliminar las pulsaciones de corriente en la salida del rectificador. Este es el fenómeno de cómo se convierte la CA en CC
Ejemplo de recarga de una batería
Sin embargo, para que todos los equipos electrónicos e informáticos funcionen necesitan corriente continua. La mayoría de los equipos de estado sólido requieren un rango de tensión entre 1,5 y 13,5 voltios. La demanda de corriente varía en función de los dispositivos que se utilicen. Por ejemplo, van desde prácticamente cero para un reloj de pulsera electrónico, hasta más de 100 amperios para un amplificador de potencia de radiocomunicaciones. Los equipos que utilizan un transmisor de radio o televisión de alta potencia o una pantalla CRT (tubo de rayos catódicos) o tubos de vacío requieren desde unos 150 voltios hasta varios miles de voltios de corriente continua.
La principal diferencia entre la CA y la CC se discute en el siguiente cuadro comparativo
| S No | Parámetros | Corriente alterna | Corriente continua |
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1 |
La cantidad de energía que se puede transportar | Es seguro transferirla en distancias urbanas más largas y proporcionará más energía. | Prácticamente el voltaje de la corriente continua no puede viajar muy lejos hasta que empieza a perder energía. |
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2 |
La causa de la dirección del flujo de electrones | Se denota la rotación del imán a lo largo del cable. | Se denota el magnetismo estable a lo largo del cable |
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3 |
Frecuencia | La frecuencia de la corriente alterna será de 50 Hz o 60 Hz, según el país. | La frecuencia de la corriente continua será cero. |
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4 |
Dirección | Invierte su dirección mientras fluye en un circuito. | Sólo fluye en una dirección en el circuito. |
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5 |
Actual | Es la corriente de magnitud que varía con el tiempo | Es la corriente de magnitud constante. |
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6 |
Flujo de electrones | Aquí los electrones seguirán cambiando de dirección: hacia delante y hacia atrás. | Los electrones se mueven constantemente en una dirección o "hacia adelante". |
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7 |
Obtenido de | La fuente de disponibilidad es el generador de corriente alterna y la red eléctrica. | La fuente de disponibilidad es una célula o una batería. |
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8 |
Parámetros pasivos | Es la Impedancia. | Sólo la Resistencia |
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9 |
Factor de potencia | Básicamente está entre 0 y 1. | Será siempre 1. |
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10 |
Tipos | Será de diferentes tipos como Sinusoidal, Cuadrado Trapezoidal y Triangular. | Será de tipo Puro y pulsante. |
Principales diferencias entre la corriente alterna (CA) y la corriente continua (CC)
Las diferencias clave entre la CA y la CC son las siguientes
- La dirección del flujo de la corriente cambiará en un intervalo de tiempo normal, entonces este tipo de corriente se conoce como CA o corriente alterna, mientras que la CC es unidireccional, porque fluye en una sola dirección.
- El flujo de portadores de carga en una CA fluirá haciendo girar una bobina dentro del campo magnético, o bien haciendo girar un campo magnético dentro de una bobina inmóvil. En CC, los portadores de carga fluirán manteniendo el magnetismo estable junto con el cable.
- La frecuencia de la CA oscila entre los 50 hercios y los 60 hercios, según la norma del país, mientras que la frecuencia de la CC siempre es cero.
- El FP (factor de potencia) de la CA está entre 0 y 1, mientras que el factor de potencia de la CC siempre es uno.
- La generación de CA puede hacerse mediante un alternador, mientras que la CC puede generarse mediante la batería, las pilas y el generador.
- La carga de CA es resistiva, inductiva o capacitiva, mientras que la carga de CC es siempre resistiva.
- La representación gráfica de una CA puede hacerse a través de diferentes formas de onda desiguales como periódicas, triangulares, sinusoidales, cuadradas, en diente de sierra, etc. mientras que la CC se representa a través de la línea recta.
- La transmisión de la corriente alterna puede realizarse a larga distancia con algunas pérdidas, mientras que la corriente continua transmite con ligeras pérdidas a distancias extremadamente largas.
- La conversión de CA a CC puede hacerse mediante un rectificador, mientras que el inversor se utiliza para convertir de CC a CA.
- La generación y transmisión de CA puede realizarse utilizando unas pocas subestaciones, mientras que la CC utiliza más subestaciones.
- Las aplicaciones de la CA incluyen fábricas, hogares, industrias, etc., mientras que la CC se utiliza en la iluminación de flashes, equipos electrónicos, galvanoplastia, electrólisis, vehículos híbridos y la conmutación del bobinado de campo en el rotor.
- La CC es muy peligrosa en comparación con la CA. En CA, el flujo de la magnitud de la corriente es alto y bajo en un intervalo de tiempo normal, mientras que en CC, la magnitud también será la misma. Una vez que el cuerpo humano recibe una descarga, la CA entrará y saldrá del cuerpo humano en un intervalo de tiempo normal, mientras que la CC molestará continuamente al cuerpo humano.
¿Cuáles son las ventajas de la CA sobre la CC?
Las principales ventajas de la CA frente a la CC son las siguientes
- La corriente alterna no es cara y genera la corriente fácilmente en comparación con la corriente continua.
- El espacio que ocupa la corriente alterna es mayor que el de la corriente continua.
- En la CA, la pérdida de potencia es menor durante la transmisión en comparación con la CC.
¿Por qué se elige la tensión de CA en lugar de la de CC?
Las principales razones para elegir la tensión de CA frente a la de CC son principalmente las siguientes
La pérdida de energía al transmitir la tensión de CA es baja en comparación con la tensión de CC. Cuando el transformador está a cierta distancia, la instalación es muy sencilla. La ventaja de la tensión alterna es que se puede subir y bajar la tensión según las necesidades.
Orígenes de CA y CC
Un campo magnético cercano a un cable puede provocar el flujo de electrones en un solo sentido a través del cable, ya que son repelidos de la parte negativa de un imán y atraídos en dirección a la parte positiva. De este modo, se estableció la energía de una pila; esto se reconoció a través del trabajo de Thomas Edison. Los generadores de corriente alterna cambiaron poco a poco el sistema de pilas de corriente continua de Edison, ya que la corriente alterna es muy segura para transmitir energía a largas distancias y generar más energía.
El científico Nikola Tesla utilizó un imán giratorio en lugar de aplicar el magnetismo a través del cable gradualmente. Una vez que el imán se inclinó en una sola dirección, los electrones fluirán en la dirección del positivo, pero siempre que la dirección del imán se gire, los electrones también se girarán.
Aplicaciones de CA y CC
La CA se utiliza en la distribución de energía y tiene muchas ventajas. Se puede convertir fácilmente en otros voltajes con la ayuda de un transformador, porque los transformadores no utilizan CC.
Con una tensión alta, siempre que se transmita la energía habrá menos pérdidas. Por ejemplo, una alimentación de 250 V lleva una resistencia de 1 Ω y una potencia de 4 amperios. Como la potencia, en vatios, es igual a voltios x amperios, la potencia transportada puede ser de 1000 vatios, mientras que la pérdida de potencia es I2 x R = 16 vatios.
La corriente alterna se utiliza para la transmisión de energía de alta tensión.
Si una línea de tensión transporta 4 amperios de potencia, pero tiene 250 kV, la pérdida de potencia es la misma, pero todo el sistema de transmisión transporta 1 MW y 16 vatios es una pérdida aproximadamente insignificante.
La corriente continua se utiliza en las baterías, en algunos dispositivos electrónicos y eléctricos, y en los paneles solares.
Fórmulas de corriente alterna, tensión, resistencia y potencia
A continuación se exponen las fórmulas de la corriente alterna, la tensión, la resistencia y la potencia.
Corriente alterna
La fórmula para los circuitos de corriente alterna monofásica es
I = P / (V * Cosθ) => I = (V/Z)
La fórmula para los circuitos de CA trifásicos es
I = P / √3 * V * Cosθ
Tensión de CA
Para los circuitos de CA monofásicos, la tensión de CA es
V = P/(I x Cosθ) = I / Z
Para los circuitos de CA trifásicos, la tensión de CA es
Para la conexión en estrella, VL= √3 EPH, de lo contrario VL = √3 VPH
Para la conexión en triángulo, VL= VPH
Resistencia AC
En caso de carga inductiva, Z = √(R2+ XL2)
En caso de carga capacitiva, Z = √(R2+ XC2)
En ambos casos, como el capacitivo y el inductivo, Z = √(R2+ (XL- XC)2
Potencia de CA
Para circuitos de CA monofásicos, P = V *I * Cosθ
Potencia activa para circuitos de CA trifásicos
P = √3 * VL * IL * Cosθ
P = 3 * VPh * IPh * Cosθ
P = √(S2 - Q2) = √ (VA2 - VAR2)
Potencia reactiva
Q = V I * Sinθ
VAR = √(VA2 - P2) y kVAR = √ (kVA2 - kW2)
Potencia aparente
S = √ (P + Q2)
kVA = √kW2 + kVAR2
Potencia compleja
S = V I
Para una carga inductiva, S = P + jQ
Para una carga capacitiva, S = P - jQ
Fórmulas de corriente continua, tensión, resistencia y potencia
A continuación se exponen las fórmulas de la corriente continua, la tensión, la resistencia y la potencia.
Corriente continua
La ecuación de la corriente continua es I = V/R = P/V = √P/R
Tensión continua
La ecuación de la tensión continua es
V = I * R = P / I = √ (P x R)
Resistencia DC
La ecuación de la resistencia de corriente continua es R = V/I = P/I2 = V2/P
Potencia DC
La ecuación de la potencia en corriente continua es P = IV = I2R = V2/R
A partir de las ecuaciones de CA y CC anteriores, donde
A partir de las ecuaciones anteriores, donde
'I' es la medida de la corriente en A (amperios)
v" es la tensión medida en V (voltios)
p" es la potencia en vatios (W)
r" es la resistencia medida en ohmios (Ω)
R/Z = Cosθ = PF (factor de potencia)
z' es la impedancia
iPh' es la corriente de fase
iL" es la corriente de línea
vPh' es la tensión de fase
vL' es la tensión de línea
'XL'= 2πfL, es una reactancia inductiva, donde 'L' es una inductancia dentro de Henry.
'XC'=1/2πfC, es la reactancia capacitiva, donde 'C' es la capacitancia en Faradios.
¿Por qué utilizamos la corriente alterna en nuestras casas?
El suministro de corriente que se utiliza en nuestros hogares es de CA porque como podemos alterar la corriente alterna de forma muy sencilla utilizando el transformador. El alto voltaje experimenta una pérdida de energía extremadamente baja en la línea o canales de transmisión largos y el voltaje se reduce para utilizarlo con seguridad en casa con la ayuda del transformador reductor.
La pérdida de energía dentro del cable puede darse como L = I2R
Donde
l' es la pérdida de potencia
i" es la corriente
r' es la resistencia.
La transmisión de la potencia puede darse mediante la relación P = V*I
Donde
p' es la potencia
v" es la tensión
Una vez que la tensión aumenta, la corriente será menor. De este modo, podemos transmitir la misma potencia disminuyendo la pérdida de energía, ya que la alta tensión proporciona el mejor rendimiento. Por ello, en los hogares se utiliza la CA en lugar de la CC.
La transmisión de alta tensión también puede hacerse a través de CC, sin embargo, no es fácil disminuir la tensión para utilizarla con seguridad en los hogares. En la actualidad, se utilizan convertidores de CC avanzados para disminuir la tensión de CC.
En este artículo se explica detalladamente cuál es la diferencia entre las corrientes AC y DC. Espero que se entienda claramente cada punto sobre la corriente alterna, la corriente continua, las formas de onda, la ecuación, las diferencias de CA y CC en columnas tabulares junto con sus propiedades. Si todavía no puedes entender alguno de los temas de los artículos o poner en práctica los últimos proyectos de electricidad, no dudes en plantear una pregunta en el cuadro de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta, ¿qué es el factor de potencia de una corriente alterna?
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