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Corriente alterna
Es importante entender cómo funciona la corriente alterna para poder apreciar el hecho de que la energía trifásica es en realidad tres líneas separadas 120 grados. Este concepto confunde a mucha gente, así que para que esta última frase tenga sentido, vamos a empezar por cómo se mueve la corriente en la energía monofásica.
En la imagen superior tenemos un imán. El polo norte es el polo con carga positiva, y el polo sur es el polo con carga negativa. Y junto a ese imán tenemos un cable de cobre. El cobre se utiliza porque tiene un electrón que se mueve fácilmente.
No voy a entrar en la química básica 101 que habla del núcleo y los electrones y cómo funcionan. Permítanme decir, a un nivel sencillo, que se necesita muy poca fuerza para alejar un electrón de un núcleo en un átomo de cobre. Por eso el cobre es un excelente conductor de la energía eléctrica.
Con las fuerzas magnéticas, los positivos y los negativos se atraen. Si tienes dos imanes, y sostienes los extremos positivos juntos y sueltas los imanes, se alejarían el uno del otro. Si mantuvieras un positivo y un negativo juntos, se atraerían. Los electrones están cargados negativamente. Por tanto, son atraídos hacia la parte positiva del imán y repelidos por la parte negativa del mismo.
Electricidad de corriente continua
La electricidad fluye de dos maneras: en corriente alterna (CA) o en corriente continua (CC). La electricidad o “corriente” no es más que el movimiento de electrones a través de un conductor, como un cable. La diferencia entre la CA y la CC radica en la dirección en que fluyen los electrones. En CC, los electrones fluyen constantemente en una sola dirección, o “hacia adelante”. En CA, los electrones cambian de dirección, a veces van “hacia adelante” y luego van “hacia atrás”.
Un campo magnético cerca de un cable hace que los electrones fluyan en una sola dirección a lo largo del cable, porque son repelidos por el lado negativo de un imán y atraídos hacia el lado positivo. Así nació la energía de corriente continua de una batería, atribuida principalmente al trabajo de Thomas Edison.
Los generadores de corriente alterna sustituyeron gradualmente el sistema de pilas de corriente continua de Edison porque la corriente alterna es más segura para transferirla a las distancias más largas de las ciudades y puede proporcionar más energía. En lugar de aplicar el magnetismo a lo largo del cable de forma constante, el científico Nikola Tesla utilizó un imán giratorio. Cuando el imán estaba orientado en una dirección, los electrones fluían hacia el positivo, pero cuando se invertía la orientación del imán, los electrones también giraban.
Electricidad Ac
La CA se refiere a la forma en que fluye la corriente en un circuito en el que se alterna periódicamente de un lado a otro. Si recuerdas el aspecto de un gráfico sinusoidal en la escuela, te resultará más fácil visualizar lo que ocurre con la corriente alterna. El cambio de dirección de ida y vuelta se llama frecuencia y se expresa en hercios. Observando los hercios, podemos determinar cuántas veces invierte su dirección la corriente por segundo. Para ayudarte a visualizarlo, consulta la siguiente imagen.
En Australia, nuestro suministro eléctrico doméstico es de 240 voltios AC, 50 hertzios (Hz). Esto significa que la dirección de la corriente cambia de un lado a otro a un ritmo de 50 veces por segundo. El cambio es tan rápido que los electrodomésticos no tienen la oportunidad de dejar de funcionar.
Normalmente, la corriente alterna se genera utilizando un dispositivo conocido como alternador. El alternador es un dispositivo que genera una corriente alterna a partir de una fuente de movimiento, como una turbina alimentada por vapor, un molino de viento, una turbina o incluso agua corriente. Para generar corriente alterna, se hace girar cuidadosamente un bucle de alambre dentro de un campo magnético. El campo magnético induce la corriente a lo largo del cable. El cable se hace girar con la ayuda de una turbina de vapor o de viento. Aquí, el cable hilado gira entrando así en una polaridad magnética variada periódicamente, lo que implica que la tensión, así como la corriente, se alternarán en el cable.
Ac vs dc
La mayoría de los ejemplos tratados hasta ahora en este libro, especialmente los que utilizan baterías, tienen fuentes de tensión constante. Así, una vez establecida la corriente, ésta es constante. La corriente continua (cc) es el flujo de carga eléctrica en una sola dirección. Es el estado estacionario de un circuito de tensión constante.
Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones conocidas utilizan una fuente de tensión variable en el tiempo. La corriente alterna (ac) es el flujo de carga eléctrica que invierte periódicamente su dirección. La corriente alterna se produce por una emf alterna, que se genera en una central eléctrica, como se describe en Campos eléctricos inducidos. Si la fuente de CA varía periódicamente, en particular de forma sinusoidal, el circuito se conoce como circuito de CA. Los ejemplos incluyen la energía comercial y residencial que sirve para muchas de nuestras necesidades.
Las tensiones y frecuencias de corriente alterna utilizadas habitualmente en las empresas y los hogares varían en todo el mundo. En una casa típica, la diferencia de potencial entre los dos lados de una toma de corriente alterna sinusoidalmente con una frecuencia de o y una amplitud de o dependiendo de si se vive en Norteamérica o Europa, respectivamente. La mayoría de la gente sabe que la diferencia de potencial de las tomas de corriente es o en Norteamérica o Europa, pero como se explica más adelante en el capítulo, estas tensiones no son los valores máximos que se indican aquí, sino que están relacionadas con las tensiones comunes que vemos en nuestras tomas de corriente. La figura 12.1.1 muestra los gráficos de tensión y corriente en función del tiempo para las tomas de corriente continua y alterna típicas de Norteamérica.