¿Qué es la Corriente Alterna?

Antonio Jesús Romero Vallecillos

Profesor de Tecnología e Ingeniería en Educación Secundaria Obligatoria y Bachillerato

¿Alguna vez te has preguntado cómo llega la energía a tu hogar o por qué usamos corriente alterna en lugar de continua? Este artículo tiene las respuestas. Aprende qué es la corriente alterna, por qué es esencial para nuestra sociedad y cómo lleva la energía a todo, desde tus electrodomésticos hasta las grandes fábricas. ¡Hazte experto en la electricidad que mueve el mundo!

¿Qué es la Corriente Alterna (AC) y cómo funciona?

La corriente alterna (AC) es un tipo de corriente eléctrica cuyo flujo cambia periódicamente de dirección y magnitud en el tiempo, en contraposición a la corriente continua o corriente directa (DC) que permanece constante en el tiempo. Este comportamiento se describe matemáticamente por una función senoidal:

$$i(t) = I_0 \cdot \sin(\omega t + \phi)$$

donde:

  • \(I_0:\) Amplitud, o valor máximo de la corriente.
  • \(\omega:\) Velocidad angular (rad/s), relacionada con la frecuencia por \(\omega = 2\pi f\) siendo f la frecuencia natural (Hz).
  • \(t:\) Tiempo.
  • \(\phi:\) Desfase.

La principal ventaja de la corriente alterna radica en su facilidad para ser transportada y transformada a diferentes niveles de tensión mediante transformadores. Estas características hacen que su uso sea generalizado en los sistemas eléctricos modernos.

Por otro lado, la forma senoidal de la AC también contribuye a reducir el desgaste en componentes eléctricos, ya que evita el uso de escobillas (al contrario que en los motores y generadores de corriente continua), lo que reduce el desgaste y aumenta la eficiencia de los motores eléctricos y alternadores. Además, la corriente alterna permite la generación eficiente en grandes centrales eléctricas, donde se puede transportar a través de largas distancias sin pérdidas significativas. Su implementación ha sido decisivo para el desarrollo de redes eléctricas modernas y la electrificación de áreas urbanas e industriales.

Corriente Alterna Monofásica y Trifásica

La corriente alterna se adapta a distintas necesidades mediante dos configuraciones principales: monofásica y trifásica. Estas variantes ofrecen soluciones específicas tanto para entornos residenciales como industriales, optimizando la distribución y uso de la energía eléctrica.

Mientras que la monofásica es ideal para hogares y pequeñas empresas por su simplicidad y coste reducido, la trifásica destaca en aplicaciones industriales por su eficiencia energética y capacidad para manejar grandes cargas. A continuación, exploramos sus características, aplicaciones y tipos de cables utilizados en cada caso.

Corriente Alterna Monofásica

  • Se utiliza principalmente en aplicaciones residenciales y pequeñas empresas.
  • Opera con un conductor de fase y otro neutro, lo que permite una conexión simple y económica.
  • Los cables normalizados incluyen:
    • Fase (L): De color marrón o negro.
    • Neutro (N): De color azul.
    • Toma de tierra: De colores amarillo y verde para protección.
  • Adecuada para alimentar electrodomésticos, iluminación y sistemas básicos de climatización doméstica.
  • Aunque es limitada en potencia, la corriente monofásica es suficiente para las necesidades cotidianas en hogares y pequeñas oficinas.

Corriente Alterna Trifásica

  • Utilizada en aplicaciones industriales y sistemas de transmisión de energía a larga distancia.
  • Consta de tres conductores de fase desfasados 120° entre sí, más un neutro opcional, lo que mejora la eficiencia energética y reduce las pérdidas.
  • Los cables normalizados incluyen:
    • Fases (R, S, T): De colores marrón, negro y gris respectivamente.
    • Neutro (N): De color azul.
    • Toma de tierra: De colores amarillo y verde.
  • Es ideal para motores industriales y equipos que requieren alta potencia, como maquinaria pesada o sistemas de climatización industriales.
  • La trifásica proporciona una entrega de potencia constante, esencial para reducir vibraciones en motores y garantizar un rendimiento uniforme

Generación de Corriente Alterna (AC)

La generación de corriente alterna (AC) se realiza mediante generadores que convierten energía mecánica en energía eléctrica, utilizando el principio de la inducción electromagnética. Este principio, descrito por la Ley de Faraday-Lenz, establece que una variación en el flujo magnético que atraviesa un conductor genera una \(\mathcal{E}\), fuerza electromotriz (fem) en dicho conductor:

$$\mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt}$$

El flujo magnético se mide en Weber (Wb) en el sistema internacional y se describe como el producto escalar entre el vector campo magnético y el vector superficie de la espira: 

$$\Phi_B = B \cdot A \cdot \cos(\omega t)$$

donde:

  • \(B\): densidad de campo magnético (en el sistema internacional se mide en teslas, T), es un vector que tiene su origen en el polo norte del imán y se dirige al polo sur.
  • \(A\): vector superficie, que es perpendicular al plano de la espira y proporcional a su área.
  • \(\theta=\omega t\): ángulo entre el vector superficie de la espira y el vector campo magnético que va variando con el tiempo.

Así para generar corriente alterna sólo necesitamos que haya un movimiento relativo de un campo magnético (imán permanente o electroimán) y unas espiras (bobinado de cobre). Al elemento que genera el campo magnético le llamamos inductor y al elemento sobre el que se genera la corriente inducido.

Un generador de corriente alterna está compuesto principalmente por dos partes:

  1. Rotor: Es la parte móvil del generador, en el caso de nuestra imagen contiene el inductor que es el elemento que genera el campo magnético siendo un electroimán.
  2. Estator: Parte fija del generador. Tal y como se muestra en la imagen contiene el bobinado de cobre sobre el que se inducirá la corriente alterna (inducido).

Esta configuración puede invertirse, colocando el inductor (imanes o bobinas de excitación de electroimanes) en el estator y el inducido en el rotor. En cualquier caso el funcionamiento es similar.

A medida que el rotor gira, el flujo magnético que atraviesa los conductores varía continuamente, lo que induce una corriente alterna en los mismos. Este movimiento produce una fuerza electromotriz (voltaje) de forma senoidal, ya que la magnitud y la dirección de la corriente cambian periódicamente. La fuerza electromotriz generada puede expresarse matemáticamente como:

$$\mathcal{E} = \mathcal{E}_0 \sin(\omega t)$$

donde:

  • \(\mathcal{E}_0\) es el valor máximo de la fuerza electromotriz, calculado como: \(\mathcal{E}_0 = B \cdot A \cdot \omega\) con \(B\) como la densidad de flujo magnético, \(A\) el área de la bobina y \(\omega\) la velocidad angular.
  • \(\omega t\) representa la variación del ángulo con el tiempo.

Como vemos, generar corriente alterna es muy sencillo. La mayor dificultad está en comunicar al rotor la suficiente energía mecánica para que gire a gran velocidad. Esa energía mecánica necesaria podemos obtenerla de varias formas diferentes impulsando al rotor con diversas fuentes de energía, entre otras:

Hidráulica

En centrales hidroeléctricas, el agua en movimiento genera la fuerza mecánica necesaria.

Eólica

En aerogeneradores, la fuerza del viento impulsa las palas conectadas al rotor.

Térmica

En centrales térmicas, el vapor generado por la combustión de combustibles fósiles o por energía nuclear acciona el rotor.

Comparación con la Generación de Corriente Continua (DC)

Mientras que la corriente alterna cambia de dirección periódicamente, la corriente continua mantiene una polaridad constante en los conductores.

Para lograr esto en generadores de corriente continua, es necesario incorporar un colector con sistema de escobillas y delgas, que ajusta la polaridad de la corriente de salida.

Sin embargo, estas escobillas experimentan desgaste debido al contacto mecánico, lo que implica un mayor mantenimiento en comparación con los generadores de corriente alterna, que no requieren estos componentes.

Diferencias entre Alternadores y Dínamos

Aunque ambos dispositivos convierten energía mecánica en energía eléctrica, existen diferencias clave:

Alternador

  • Produce corriente alterna (AC).
  • El movimiento entre el rotor y el estator induce una corriente en las bobinas que se puede usar directamente.
  • No requiere escobillas para mantener la polaridad, lo que reduce el mantenimiento y desgaste.
  • Utilizado en sistemas que requieren una alta potencia como instalaciones industriales y consumo doméstico.

Dinamo

  • Produce corriente continua (DC).
  • Utiliza un colector con delgas y escobillas para rectificar la corriente generada y convertirla en corriente continua.
  • Requiere mayor mantenimiento debido al desgaste de las escobillas y conmutadores.
  • Se utiliza en aplicaciones específicas como bicicletas y sistemas de baja potencia.

Diferencia entre Corriente Alterna y Corriente Continua

¿Cuáles son las principales diferencias entre AC y DC?

  • Flujo de corriente:
    • La corriente alterna cambia de dirección periódicamente.
    • La corriente continua fluye en una única dirección constante.
  • Generación:
    • La corriente alterna se genera mediante alternadores.
    • La corriente continua se genera mediante dinamos o rectificadores.

Ventajas y desventajas de las corrientes alterna y continua

  • Corriente Alterna (AC):
    • Ventajas:
      • Fácil transformación de tensión mediante transformadores.
      • Más eficiente para transmisión a largas distancias.
    • Desventajas:
      • Mayor riesgo de interferencia electromagnética.
  • Corriente Continua (DC):
    • Ventajas:
      • Compatible con sistemas de almacenamiento como baterías.
      • Esencial para dispositivos electrónicos sensibles.
    • Desventajas:
      • Mayor costo para convertir o elevar tensiones.

¿Cuáles son las principales aplicaciones de la corriente alterna vs la corriente continua?

  • Corriente Alterna (AC):
    • Redes de distribución eléctrica.
    • Motores industriales.
    • Sistemas de iluminación y climatización.
    • De forma general cualquier sistema que demande mucha potencia eléctrica.
  • Corriente Continua (DC):
    • Dispositivos electrónicos como computadoras y móviles.
    • Vehículos eléctricos y placas fotovoltaicas.
    • Por lo general sistemas autónomos (funcionan con batería) y sistemas de control que demandan poca potencia.

Importancia y Aplicaciones Prácticas de la Corriente Alterna

La corriente alterna desempeña un papel crucial en la distribución de energía eléctrica a gran escala. Gracias a sus ventajas técnicas, ha impulsado el desarrollo de sociedades modernas al permitir un transporte eficiente y fiable de energía desde las centrales eléctricas hasta los hogares e industrias. Entre sus aplicaciones principales se encuentran:

Redes de Distribución Eléctrica

Las redes de transmisión de alta tensión operan en AC debido a la capacidad de transformar fácilmente la tensión. Al elevar la tensión para la transmisión y reducirla para el consumo, se minimizan las pérdidas energéticas por efecto Joule.

La infraestructura basada en AC facilita la interconexión de diferentes regiones, permitiendo un suministro continuo incluso en casos de fallos locales.

En países con grandes extensiones territoriales, como Brasil y Canadá, la AC permite la electrificación de áreas rurales y remotas.

Generación de Energía

La mayoría de los generadores eléctricos en las centrales producen corriente alterna debido a su eficiencia ya que convierten energía mecánica en energía eléctrica con una forma senoidal natural.

Las plantas hidroeléctricas, térmicas y eólicas producen AC que se transforma (eleva su tensión) y se conecta directamente a las redes eléctricas existentes.

Las plantas solares fotovoltaicas, aunque generan corriente continua, utilizan inversores para convertirla en AC antes de integrarse a la red.

Equipos Domésticos e Industriales

Desde electrodomésticos como hornos, y lavadoras hasta maquinaria industrial pesada, la AC es el tipo de corriente más utilizado.

En dispositivos electrónicos, la AC se convierte en corriente directa (DC) mediante rectificadores para alimentar componentes sensibles. Esta adaptabilidad es esencial para el funcionamiento de computadoras y dispositivos móviles.

El uso de AC en sistemas de refrigeración, ventilación y climatización.

Transformador, Rectificador e Inversor

En los sistemas eléctricos y electrónicos, los procesos de la conversión y adaptación de la energía son fundamentales para garantizar su uso eficiente y seguro. Dispositivos como transformadores, rectificadores e inversores desempeñan un papel clave en esta tarea, permitiendo modificar tensiones, convertir corrientes y adaptar señales según las necesidades específicas de cada aplicación.

Transformador

Un transformador es un dispositivo eléctrico estático que modifica los niveles de tensión entre circuitos mediante inducción electromagnética. Está formado por dos bobinas enrolladas en un núcleo ferromagnético. La corriente alterna en el primario genera un flujo magnético que induce una tensión en el secundario. Se utiliza para aumentar o reducir tensiones en sistemas de corriente alterna (AC), manteniendo la frecuencia constante. Es esencial en la distribución de energía y en fuentes de alimentación para dispositivos electrónicos.

Rectificador

Un rectificador convierte corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Utiliza diodos que permiten el paso de corriente en una sola dirección. Puede ser de media onda (usa un semiciclo) o de onda completa (utiliza ambos semiciclos). Los rectificadores se emplean en fuentes de alimentación, carga de baterías y equipos electrónicos, proporcionando una CC necesaria para su funcionamiento.

Inversor

Un inversor transforma corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) con una frecuencia y amplitud controladas. Genera ondas senoidales puras, modificadas o cuadradas según la aplicación. Es clave en instalaciones de energía fotovoltaica, fuentes de respaldo y vehículos eléctricos, permitiendo la conexión de dispositivos que requieren alimentación en CA.

Preguntas Frecuentes (FAQ) sobre Corriente Alterna

¿Cómo saber cuándo es corriente alterna o continua?

La corriente alterna (AC) es aquella que cambia de dirección de forma periódica, el polo negativo y positivo se van intercambiando según la frecuencia (Hz) de la corriente alterna y suele encontrarse en redes eléctricas domésticas e industriales. Para identificarla, verifica si el sistema está conectado a la red eléctrica pública o utiliza transformadores.
La corriente continua (DC) fluye en una sola dirección , el polo positivo y el polo negativo permanecen siempre constantes y se encuentra en dispositivos alimentados por baterías, como teléfonos móviles, laptops y linternas.

¿Qué tipo de corriente utiliza un televisor?

Los televisores están diseñados para recibir corriente alterna (AC) a través de la red eléctrica, pero internamente convierten esta corriente a corriente continua (DC) utilizando un rectificador. Esto es necesario para alimentar componentes electrónicos sensibles como los circuitos integrados y pantallas LED.

¿Qué tipo de corriente tiene un coche?

Los automóviles tradicionales utilizan corriente continua (DC) generada por la batería del vehículo para alimentar sistemas como el encendido, luces y sistemas electrónicos.
Los vehículos eléctricos modernos también utilizan DC en sus baterías, pero incorporan inversores para convertirla en AC y alimentar motores eléctricos de alta eficiencia.

¿Qué es más peligrosa la corriente alterna o continua?

Ambas presentan riesgos significativos dependiendo de la intensidad y la duración del contacto. La corriente alterna puede ser más peligrosa porque su naturaleza oscilatoria puede inducir fibrilación en el corazón humano a niveles moderados (50-60 Hz). Por otro lado, la corriente continua tiende a causar contracciones musculares sostenidas, dificultando el desprendimiento de la fuente de contacto.
En cualquier caso, el uso de dispositivos de protección como interruptores diferenciales y fusibles es esencial para minimizar los riesgos.