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Diferencias entre corriente alterna y corriente continua

Pese a la diversidad de aparatos eléctricos y electrónicos que pululan por el mundo todos ellos poseen un punto de encuentro: precisan de energía eléctrica para ser alimentados. Como ya sabemos, la electricidad no es más que una forma de energía cuya presencia puede obtenerse por diversos procedimientos; si los enumeráramos, y el tema se diera por finalizado, sin duda estaríamos ante un sencillo post, pero no, no. El destino vuelve a complicar las cosas y estamos ante la coexistencia de dos tipos de energía eléctrica de diferentes características. Como ya habremos deducido, al leer la introducción de estas líneas, los dos tipos de energía en los que podemos subdividir la energía eléctrica responden a las denominaciones Corriente continua y Corriente alterna (para abreviar CC y CA).

corriente continua

La forma y fuentes de obtención de los dos tipos de corriente difiere apreciablemente. A modo de introducción podemos citar como fuentes con presencia de corriente de tipo alterna las siguientes:

La torreta de la luz que pasa por el barrio.
El enchufe que tenemos en la pared de casa.
La toma de salida de un transformador.
Los bornes de conexión de un alternador.
Mientras que, como puntos de origen de una corriente continua, podemos citar:
Los bornes de una pila.
La salida de una dinamo (generador de CC).
La alimentación de batería de un coche.
Las conexiones de un acumulador o pila recargable.

Generación de corriente. Tensión y frecuencia

La obtención de energía eléctrica conlleva diversos métodos. La transformación de otros tipos de energía en energía eléctrica es el método más usual. Entre los procedimientos utilizados podemos destacar los químicos, mecánicos, térmicos, nucleares, eólicos, solares, etc. Pero, para comenzar con uno de ellos, hablaremos del más extendido y, a la vez, más sencillo: la generación de corriente de tipo alterna a partir de una conversión mecánico-elétrica.

Este es el caso de las centrales de generación situadas en grandes presas. La fuerza procedente de la liberación del agua se utiliza para mover enormes turbinas que, a su vez, accionan potentes generadores de energía eléctrica. En la ilustración podemos ver una muestra simplificada de lo que constituye un generador de corriente alterna. Para facilitar su entendimiento, debemos imaginar un motor eléctrico trabajando en modo reversible, esto es, a un motor eléctrico se le suministra energía eléctrica y este genera, mediante su giro, energía de tipo mecánico. Si partimos de la hipótesis de que dicho motor pudiera funcionar en modo inverso, esto es, reversible, suministraríamos al mismo una cierta cantidad de energía mecánica (girando su eje de algún modo) y nos entregaría en sus bornes una tensión determinada (energía eléctrica).

Aproximadamente, esto es lo que ocurre en los generadores de las centrales eléctricas. Se toma una cantidad ingente de energía almacenada (agua en el caso de una presa) y se conduce de forma que accione ciertas turbinas que son solidarias al eje de los generadores eléctricos. Nos creemos ya que en la salida de dichos generadores se obtiene la energía eléctrica buscada pero ¿cómo operan estos generadores internamente?

Tenemos que explicar ahora lo que sucede en la espira de hilo al hacer girar esta dentro de un campo magnético. El campo magnético que atraviesa la espira móvil de hilo conductor origina que en los extremos de la misma se produzca una diferencia de potencial (o tensión eléctrica). Como quiera que los extremos de dicha espira se conectan a un par de anillos circulares que se sitúan sobre el eje del generador, tendremos entre ambos un voltaje determinado. La forma en que conseguimos acceder a dicha tensión es conectando un par de hilos conductores a los anillos de salida. Para ello tendremos que utilizar algún método de conexión a los mismos y que sea también conductor. Estamos hablando de las escobillas, que son conductoras y, mediante cierta presión mecánica, aseguran la perfecta unión entre los anillos de salida circulares y los cables que transportan la electricidad de salida.

En el caso de los generadores reales la espira es un bobinado (más o menos complejo) conectado a un par de escobillas (o a un sistema de ellas) y su salida suele ser de una tensión bastante elevada.

Hay un punto que no puede pasarnos desapercibido en el proceso “ideal” descrito y este es el carácter VARIABLE del campo magnético inducido. Como parece lógico, la tensión presente en los extremos de la espira (o del bobinado), situada en el interior del citado campo, no es siempre de igual magnitud, ya que esta dependerá de la superficie de la espira que sea atravesada por el citado campo magnético. De aquí podemos deducir ya que la tensión en bornes del bobinado del generador no es de naturaleza estable sino que sufre variaciones alternas (varía su polaridad si tenemos en cuenta el nivel de señal correspondiente al valor cero) directamente proporcionales lapso de tiempo a la velocidad que se mueva (gire) la espira dentro del campo magnético. De ahí que este tipo de corriente se denomine corriente alterna.

Si estuviéramos en presencia de una tensión de carácter continuo el valor presente de tensión sería estable, mientras que en el caso de la tensión obtenida del generador descrito obtenemos una tensión variable en el tiempo.

En un eje de coordenadas de la tensión de tipo continua no ofrece ninguna dificultad: se trata de una línea continua paralela al eje de abscisas (línea de coordenada horizontal). Pero, cuando se trata de la tensión alterna, la cosa cambia. En una de las ilustraciones adjuntas podemos ver formas de onda (tipos) de señales.

Dichas señales podrían representar sin problema a representaciones gráficas de tensiones dadas. La señal etiquetada como tipo (b) responde a una forma de onda sinusoidal. La representación de una tensión alterna responde exactamente a este tipo de gráfica. Como podemos ver, la tensión vale cero en un instante dado (ninguna línea de campo magnético atraviesa la espira) hasta tomar un valor máximo (el punto en que la espira es atravesada por el mayor número posible de líneas magnéticas). Entre estos dos valores existe una variación del valor real de tensión que se corresponde con las diferentes posiciones intermedias de la espira.

Una vez que la espira ha pasado de estar en posición vertical a posición horizontal (valor de tensión máxima) la espira continúa con su giro; pero esta vez, y debido a la simetría de la construcción del generador, se pasa a valores decrecientes de tensión, hasta llegar a valer cero de nuevo.

Debido al sentido de circulación, tanto del campo eléctrico como del magnético, en la espira estudiada, al seguir esta girando (habíamos llegado a los 180 grados de rotación) se origina una tensión creciente pero de sentido (o polaridad) inverso a la anterior.

La suma de señales de los continuos giros de la espira originan la señal de tensión alterna descrita. Ha llegado el momento de explicar una nueva unidad electrónica ya que, además, a la idoneidad del momento se une la “necesidad” de hacerlo; se trata del Hercio. Para definir esta unidad, sólo tenemos que fijarnos en que las variaciones del valor de tensión cambian a un ritmo constante. Cada cierto periodo de tiempo se origina una repetición de la señal. De aquí podemos deducir que estamos en presencia de una señal cuya variación se da cada cierto PERIODO de tiempo o, lo que es igual, que la señal de tensión varía con una FRECUENCIA dada.

Al número de veces que la señal se repite durante un segundo se le asocia la magnitud “Frecuencia”. La tensión de red, esto es, la que hay en nuestros hogares, varía a una frecuencia de 50 veces por segundo. A la unidad de medida de la frecuencia se le denomina Hercio o, para abreviar, Hz. Existe una relación lineal entre la frecuencia de una señal eléctrica y el periodo de la misma.

Al tiempo transcurrido entre el comienzo y final de una señal variable se le denomina periodo y, como es lógico, al transcurrido en la mitad de dicha señal, semiperiodo. La tensión de red de la mayoría de los hogares europeos tiene una frecuencia de 50 Hz, esto es, se repite periódicamente en forma sinusoidal 50 veces por segundo y su periodo es, por lo tanto, de 1/50 segundos.

Generación de corriente continua

Aunque la forma de generar corriente eléctrica, descrita arriba, sea una de las más extendidas, existen otras también de amplia difusión. Por ejemplo, a la hora de generar corriente continua se suele recurrir a las pilas eléctricas o a un tipo especial de generador denominado “dinamo”.

La manera más amplia de difusión de energía eléctrica de la denominada continua es a través de las pilas y acumuladores recargables. Las pilas responden a un efecto de tipo químico. El funcionamiento resumido de una pila eléctrica es el siguiente: Tomamos dos barras de elementos químicos diferentes como, por ejemplo, el carbón y el zinc, y los sumergimos en una solución de agua y ácido sulfúrico. Dado que el ácido ataca al zinc, de una forma más rápida a como lo hace con el carbón, se origina entre estos dos materiales una diferencia de potencial. Dicho montaje constituye la base de una pila eléctrica. Para denominar a las dos barras se utiliza la denominación de “electrodos”, mientras que la solución acuosa donde estos se sumergen se denomina “electrolito”.

alternador

Existen generadores químicos abreviar “pilas” que tienen una vida limitada. En el que presentamos, la conexión en los electrodos (bornes) de la pila de un circuito eléctrico a alimentar se produce una corriente de electrones entre el polo negativo (Zinc) y el positivo (Carbón) a través del circuito alimentado; a continuación, los electrodos retornan a la barra de zinc a través de la solución ácida. Cuando el electrodo de zinc queda completamente corroído por la acción del ácido, la pila ha llegado al final de su vida. Dentro de las pilas de vida limitada destaca la pila seca o “Leclanché”, la cual aporta una ventaja definitiva a las anteriormente comentadas ya que, en vez de utilizar una disolución líquida como electrolito, usa una pasta que realiza las mismas funciones. Todo ello, unido al hecho de que la pila esté completamente sellada, ha contribuido a su masiva utilización.

En las pilas secas se utiliza un cilindro contenedor de zinc, el cual aloja en su interior una barrita de cobre que desempeña el papel de polo positivo de la misma. La tensión que suelen ofrecer este tipo de pilas es de 1,5 voltios. Existen pilas de tensiones mayores que no son sino un conjunto de pilas de 1,5 V empaquetadas en un mismo encapsulado. Ultimamente, el aumento del consumo y una mayor miniaturización de los diferentes equipos y dispositivos electrónicos que se alimentan a CC han forzado la aparición de nuevos tipos de pila, de entre los que podemos destacar las pilas Mercury y las de tipo alcalino. Las pilas Mercury se conocen popularmente como pilas “botón” debido a que guarda cierta similitud con este objeto, en cuanto a forma y tamaño. Además de su pequeño tamaño, la característica más interesante de estas pilas es poder suministrar una tensión mucho más constante y una intensidad entre 4 y 7 veces superior al tipo Leclanché. Asimismo, señalaremos que funcionan a partir de una mezcla de óxido de mercurio y carbón contenidos en un encapsulado de hierro.

Las pilas alcalinas operan con una mezcla de zinc y bióxido de manganeso y su eficiencia en circuitos de elevado consumo es sensiblemente superior a los otros tipos.

Respecto a la utilización de generadores de CC podemos destacar la dinamo, nombre bajo el que se engloba un tipo de generador de tensión del tipo “conversión mecánica-eléctrica y que, en la práctica, se asemeja bastante al generador de CA antes descrito.

Si observamos el esquema interno simplificado del generador de CC que aparece en una de las ilustraciones podemos comprobar su gran similitud con el generador de CA pero con una ligera salvedad: la salida hacia las escobillas no se hace por un par de conexiones en anillo sino sobre un tipo de semianillos que realizan la función de mantener constante la polaridad de la señal (tensión) de salida.

El funcionamiento básico, es decir, el eléctrico es similar al generador de CA pero, cuando en aquél se producía una inversión de polaridad por el efecto giro de la espira, aquí queda obviado pues, este tipo de conexión de salida, invierte físicamente las conexiones eléctricas de la espira. En la práctica, tal y como sucedía también con los generadores de CA, no se trabaja con una espira sino con un buen número de ellas. Al conjunto de espiras se le denomina bobinado, y si este se sitúa en la parte rotatoria del generador se dice que la dinamo es del tipo de rotor bobinado. El campo magnético inductor estator puede ser de imanes fijos o bien también del tipo bobinado. La salida del bobinado se hace llegar a un conjunto de conexiones, situadas en el eje del generador, denominadas “delgas”. Al conjunto de conexiones giratorias, sobre el que rozarán las escobillas, se le conoce como colector de delgas.

La señal obtenida en la salida del generador de CC se asemeja a la de clase (d), de la representación de señales tipo adjunta. Como vemos, se trata de una tensión continua, en el sentido de que no varía de polaridad, pero pulsatoria.

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