Corriente eléctrica
Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de
un material sometido a una diferencia de potencial.
Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el
sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas
desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó,
gracias al efecto Hall,
que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa,
y se desplazan en sentido contrario al convencional.
A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la
intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente
que atraviesa un circuito es determinante para calcular la sección de los
elementos conductores del mismo.
·
La intensidad
de corriente (I) en una sección dada de un conductor (s) se
define como la carga eléctrica (Q) que atraviesa la sección en una
unidad de tiempo (t) Si la intensidad de corriente es constante,
entonces :
·
La densidad
de corriente (j) es la intensidad de corriente que atraviesa una sección
por unidad de superficie de la sección (S ).
Corriente continúa
Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct
Current) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de sentido con el
tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos
puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de
mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. Es errónea la
identificación de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo
es, ni siquiera la suministrada por una batería). Es continua toda corriente
cuyo sentido de circulación es siempre el mismo, independientemente de su valor
absoluto.
Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del conde y
científico italiano Alessandro
Volta.
No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de electricidad,
en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente continua comenzó a
emplearse para la transmisión de la energía eléctrica. Ya en el siglo XX este
uso decayó en favor de la corriente alterna, que presenta menores pérdidas en
la transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión de redes
eléctricas de diferentes frecuencias y en la transmisión a través de cables
submarinos.
Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente
continua a partir de células fotoeléctricas que
permiten aprovechar la energía solar.
Cuando es necesario disponer de corriente continua para el
funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la corriente
alterna de la red de suministro eléctrico mediante un proceso, denominado
rectificación, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores
o tiristores (antiguamente,
también de tubos de vacío)
Corriente alterna
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés,
de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la
magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente
alterna más comúnmente utilizada es la de una onda sinoidal. En
el uso coloquial,
"corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad
llega a los hogares y a las empresas.
El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nicola Tesla, y la distribución de la
corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse.
Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre
los años 1881 y 1889. La corriente alterna superó las limitaciones que
aparecían al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema
ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en
la transmisión de potencia.
La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los
problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de
transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica trasmitida
viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y
el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte
de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual
proporción la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de
menor sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las pérdidas
por efecto Joule,
que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en
sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial
o doméstico de forma cómoda y segura.
Las frecuencias empleadas en las redes de distribución son 50 y
60 Hz. El valor depende del país.
Corriente trifásica
Se denomina corriente trifásica al conjunto de tres corrientes alternas
de igual frecuencia, amplitud y valor eficaz que presentan una
diferencia de fase entre ellas de 120°, y están dadas en un orden determinado.
Cada una de las corrientes que forman el sistema se designa con el nombre
de fase.
La generación trifásica de energía eléctrica es más común que la
monofásica y proporciona un uso más eficiente de los conductores. La
utilización de electricidad en forma trifásica es mayoritaria para transportar
y distribuir energía eléctrica y para su utilización industrial, incluyendo el
accionamiento de motores. Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de bobinas, arrolladas en un
sistema de tres electroimanes equidistantes angularmente entre sí.
Los conductores de los tres electroimanes pueden conectarse en estrella
o en triángulo. En la disposición en estrella cada bobina se conecta a una fase
en un extremo y a un conductor común en el otro, denominado neutro.
Si el sistema está equilibrado, la suma de las corrientes de línea es nula, con
lo que el transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables. En la
disposición en triángulo o delta cada bobina se conecta entre dos hilos de
fase, de forma que un extremo de cada bobina está conectado con otro extremo de
otra bobina.
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, tales como la
economía de sus líneas de transporte de energía (hilos más finos que en una
línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su
elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la
línea trifásica alimenta con potencia constante y no pulsada, como en el caso
de la línea monofásica.
Tesla fue el inventor que descubrió el principio del campo magnético
rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. Él
inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que
da energía al planeta.
Corriente monofásica
Se denomina corriente monofásica a la que se obtiene de tomar una fase
de la corriente trifásica y un cable neutro. En España y demás países que
utilizan valores similares para la generación y trasmisión de energía
eléctrica, este tipo de corriente facilita una tensión de 230 voltios, lo que
la hace apropiada para que puedan funcionar adecuadamente la mayoría de
electrodomésticos y luminarias que hay en las viviendas.
Desde el centro de transformación más cercano hasta las viviendas se
disponen cuatro hilos: un neutro (N) y tres fases (R, S y T). Si la tensión
entre dos fases cualesquiera (tensión de línea) es de 400 voltios, entre una
fase y el neutro es de 230 voltios. En cada vivienda entra el neutro y una de
las fases, conectándose varias viviendas a cada una de las fases y al neutro;
esto se llama corriente monofásica. Si en una vivienda hay instalados aparatos
de potencia eléctrica alta (aire acondicionado, motores, etc., o si es un
taller o una empresa industrial) habitualmente se les suministra directamente
corriente trifásica que ofrece una tensión de 400 voltios.
Ejemplo:
Solución:
Sustituyendo valores en la ecuación
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