Qué son las resistencias en los circuitos de corriente alterna : Funcionamiento y sus ejemplos
El flujo de corriente a través de un circuito puede realizarse de dos maneras. Si la corriente fluye en una sola dirección, se denomina CC, mientras que si la corriente fluye alternativamente, se conoce como corriente alterna o CA. El circuito de CA o corriente alterna es un circuito simple que puede alimentarse a través de una fuente alterna, ya sea de tensión o de corriente. Hay diferentes circuitos de CA como los circuitos de CA con resistencia, capacitancia, inductancia y la combinación de RC, RL, LC y RLC. Este artículo trata una visión general de las resistencias en los circuitos de c.a.
¿Qué son las resistencias en los circuitos de corriente alterna?
Los resistores son componentes eléctricos pasivos de dos terminales que implementan la resistencia eléctrica como elemento del circuito. Estos componentes restringen el flujo de corriente y también disminuyen los niveles de tensión dentro de los circuitos. Tanto en los circuitos de corriente alterna como en los de corriente continua, el valor de la resistencia del resistor es similar, independientemente de la frecuencia de la alimentación de corriente alterna. En la alimentación de CA, el cambio de dirección del flujo de corriente no afecta al comportamiento de las resistencias. Por tanto, la corriente dentro de la resistencia aumentará y disminuirá en función de la tensión, ya que ésta aumenta y disminuye.
En los circuitos de CA, la resistencia depende principalmente del ángulo de fase y de la frecuencia de alimentación o de la diferencia de fase φ. Por ello, el término "Impedancia" se utiliza en los circuitos de CA para indicar la resistencia porque posee tanto fase como magnitud, en comparación con la resistencia en los circuitos de CC, donde sólo tiene magnitud.
La resistencia en un circuito de CA
Considera el siguiente circuito de corriente alterna que incluye una resistencia pura "R" que está simplemente conectada a través de una fuente de tensión.
La tensión alterna puede darse mediante la siguiente ecuación
V = Vm sinωt..........(1)
Debido a esta tensión, se suministrará una CA (corriente alterna) en el circuito 'i'. Toda la tensión aplicada puede aparecer a través de la resistencia simplemente. Así pues,
V = iR
De la ecuación anterior i = v/R = Vm sinωt/R = Imsinwt ......(2)
Donde, Im=Vm/R
A partir de las dos ecuaciones anteriores, podemos observar que el flujo de corriente a través de una resistencia pura está en fase a través de la tensión a través de la resistencia.
Potencia disipada por una resistencia en un circuito de corriente alterna
Consideremos el siguiente circuito de corriente alterna con una resistencia. La tensión de alimentación como V
Cuando el circuito de corriente alterna anterior es puramente resistivo por naturaleza, se pueden aplicar los principios de Ohm.
El suministro de tensión a través de la "R" en un instante puede darse como
VR = VMax sin ωt.
Asimismo, el flujo de corriente a través de la "R" puede determinarse mediante la ley de Ohm como
IR = VR / R
Sabemos que VR = VMax sin ωt.
Sustituyendo esta ecuación de RV en la fórmula IR anterior, podemos obtener
IR = (VMax * sin ωt) / R
Aquí, el valor VMax/R es la corriente máxima dentro del circuito especificada por Imax. Por tanto, la ecuación anterior se convertirá en
Así que IR = IMax sin ωt.
Por lo tanto, IR = IMax sin ωt.
En un circuito de corriente alterna puramente resistivo, la tensión total del circuito es equivalente a la suma de tensiones de las resistencias individuales, ya que todas estas tensiones individuales están en fase. Veamos ahora
¿Cómo calcular la potencia disipada por una resistencia en un circuito de corriente alterna?
Para medir la potencia en un circuito de CA, el factor de potencia (FP) desempeña un papel importante, por lo que puede definirse como el coseno del ángulo de fase entre la tensión y la corriente. Aquí, el ángulo de fase se indica con el símbolo "φ".
En un circuito, si la potencia real es "P", que se mide en vatios, y la potencia aparente "S" se mide en voltios-amperios. Entonces la relación principal entre estas dos potencias puede venir dada por la siguiente ecuación.
P = S Cos φ.
En los circuitos de CA puramente resistivos, el ángulo de fase entre la tensión y la corriente es de 0 grados. Por tanto, φ = 0 grados. Por tanto, el factor de potencia (FP) Cos φ es Cos 0 = 1. Así, la potencia real (P) es equivalente a la potencia aparente (S), que es el resultado de la tensión y la corriente.
En estos circuitos de CA, la potencia se puede encontrar calculando el resultado de la tensión y la corriente en ese momento. La potencia consumida por el circuito de CA puede medirse mediante la siguiente ecuación.
P = VRMS x IRMS x Cos φ.
Como en este caso φ = 0 grados, la potencia es
P = VRMS x IRMS
La potencia que se puede consumir en los circuitos de corriente alterna resistiva pura es el producto de la tensión y la corriente, porque no hay ángulo de fase entre la tensión y la corriente.
Cuando la tensión y la corriente aumentan, la potencia aumenta y alcanza su valor máximo cuando la tensión y la corriente alcanzan su valor máximo. Después, desciende a cero porque la tensión y la corriente descienden a cero. Cuando la polaridad de la tensión y la corriente varía, el valor de la potencia vuelve a aumentar y alcanza su valor máximo cuando la tensión y la corriente alcanzan su pico negativo. Una vez que la corriente y la tensión caen a cero, el valor de la potencia cae a cero.
En un circuito puramente resistivo que incluya una fuente de alimentación RMS de CA, la disipación de potencia es la misma que la de una resistencia conectada a una fuente de alimentación de CC.
P = VRMS * IRMS = I^2RMS * R = V^2RMS/R..
En la ecuación anterior, tanto el VRMS y IRMS son los valores RMS de la corriente y la tensión respectivamente.
p" es la potencia en vatios y "R" es la resistencia en ohmios (Ω).
Fórmula de la resistencia en un circuito de corriente alterna
La corriente y la tensión en la resistencia pura de un circuito de corriente alterna oscilarán dentro de la fase, concretamente, una vez que el flujo de corriente esté en su máximo, la tensión también estará en su máximo, por lo que no hay desplazamiento de fase. Además, el valor de la resistencia no se ve afectado por la altura de la frecuencia.
Sin embargo, si hay condensadores o inductores en el circuito, habrá un desfase entre la tensión y la corriente porque oscilarán 90 grados fuera de fase.
Para controlar tanto la magnitud como la fase, se utilizan números complejos en los que se puede utilizar la resistencia en combinación con una unidad imaginaria para significar la reactancia. Así, la resistencia de CA puede determinarse de forma sencilla mediante un medidor LCR.
Así, la fórmula es; Z = R + i X => R + iωL + 1/iωC
Frecuencia angular ω = 2 π f
¿Cuál es la diferencia de fase entre la tensión y la corriente en un circuito de corriente alterna con una resistencia pura?
La corriente y la tensión dentro de una resistencia pura de un circuito de CA están en fase porque no hay diferencia de fase entre ellas. El flujo de corriente a lo largo de la resistencia puede ser directamente proporcional a la tensión a través de ella, lo que se conoce como impedancia.
¿Qué es el valor instantáneo en un circuito de corriente alterna?
El valor instantáneo en un circuito de corriente alterna es "el valor de la corriente alterna o de la tensión alterna o de la potencia alterna en un momento determinado del ciclo".
Ejemplos de resistencias en circuitos de CA
A continuación se resuelven los problemas de ejemplo de las resistencias en los circuitos de corriente alterna.
Ejemplo-1
Un elemento calefactor de 500 vatios se conecta simplemente a un suministro de tensión de CA de 300v, y a continuación se calcula la resistencia o impedancia de CA del elemento calefactor una vez que está caliente y la suma del suministro de corriente utilizado desde el suministro.
Sabemos que la corriente I = P/V
I = 500W/250V = 2 amperios
R = V/I = 250/2 = 125 Ohmios
Ejemplo-2
Determina la potencia que se consume a través de una resistencia de 50Ω que está conectada a una alimentación de 120v.
Sabemos que I = V/R = 120/50 = 2,4A
La fórmula de la potencia consumida es P = I^2*R = (2,4)^2 x 100 = 576 vatios.
Ejemplo 3
En el siguiente circuito, si se conecta un elemento calefactor como "R" a una fuente de alimentación de 120 V CA, la potencia utilizada por el elemento calefactor es de 1,5 K vatios. ¿Cuál es el valor de la resistencia?
El flujo de corriente a través del elemento calefactor "R" puede calcularse como
I = P/V
P = 1,5kW = 1500 vatios y V = 120V
Por tanto, I = 1500/120 = 12,5 Amperios
El valor de la resistencia del elemento calefactor puede medirse con la ley de Ohm como
R = V / I = 120/12,5 = 9,6 Ohmios
Ejemplo 4
En el siguiente circuito, si se conecta una resistencia de 20 ohmios a una fuente de tensión de 80 V, calcula los valores del flujo de corriente a través de la resistencia y la potencia consumida a través de la resistencia puede medirse como
La corriente que circula por la resistencia puede calcularse mediante la ley de Ohm
I = V / R
I = 80 / 20 = 4 amperios.
La potencia consumida por la resistencia es
P = I^2 * R = (4)^2 x 20 = 320 vatios.
Por tanto, se trata de una breve información sobre las resistencias en CA circuitos con ejemplos de problemas. En la actualidad, la mayoría de los sistemas industriales, domésticos y electrodomésticos se alimentan con corriente alterna. Aquí tienes una pregunta, ¿qué es un circuito de corriente continua?
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