Corriente alterna: definición, ventajas y desventajas
La guerra de las corrientes
Thomas Edison, un prolífico inventor de los siglos XIX y XX, tiene el récord de la mayor cantidad de patentes estadounidenses por una persona. Cuando se trataba de tecnología, generalmente era un ganador. Pero hubo un área importante donde Edison perdió, y perdió gravemente. Se llamó la ‘Guerra de las corrientes’ y enfrentó a Edison y su apoyo a la electricidad de corriente continua (CC) contra ingenieros como George Westinghouse y Nikola Tesla, que apoyaban la corriente alterna (CA).
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En la década de 1880, la iluminación incandescente era el objetivo principal y la CC era tan buena como la CA. Pero se estaba gestando una tormenta y se centró en qué tipo de energía, CA o CC, sería mejor para la generación de energía, los motores eléctricos y la transmisión de energía.
La guerra llegó a un punto crítico en 1893, cuando el contrato para suministrar electricidad a la Feria Mundial de Chicago fue adjudicado a Westinghouse, cuya propuesta, con aire acondicionado, resultó un 30% más barata que la de Edison. Ese mismo año, Niagara Falls Power Company decidió optar por la generación de energía de CA para la ciudad de Buffalo y firmó con Westinghouse y Tesla también. Estas dos victorias importantes fueron parte de los cambios que se produjeron rápidamente en la década de 1890 y que pusieron a nuestro país en el camino hacia la energía de CA. Averigüemos por qué AC tenía ventaja sobre DC.
Definición de corriente alterna
La corriente alterna es simplemente el movimiento de la carga eléctrica a través de un medio que cambia de dirección periódicamente. Esto contrasta con la corriente continua (CC) , donde el movimiento de la carga es solo en una dirección y es constante. La corriente (en amperios) es una medida de la cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto en una determinada cantidad de tiempo. Empujar la corriente es una fuerza electromotriz llamada voltaje (en voltios). Si la corriente es alterna, entonces el voltaje también debe alternar, cambiando la polaridad en un ciclo regular. Aquí está el voltaje de CA típico, sinusoidal, en los hogares estadounidenses, que oscila a 60 Hz.
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Ventajas de la alimentación de CA sobre la CC
La primera ventaja que tiene la alimentación de CA sobre la CC es la transmisión de potencia .
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Al principio, Tesla y Westinghouse se dieron cuenta de que para que la energía eléctrica fuera práctica, tenía que transmitirse de manera eficiente a grandes distancias. La energía hidroeléctrica fue uno de los primeros favoritos, y las fuentes de energía hidráulica adecuadas a veces se encontraban a cientos de millas del destino. Tanto CA como CC tienen pérdida de potencia en líneas largas debido a la resistencia en los cables. Para una potencia fija, un voltaje más alto da como resultado una corriente más baja a través de la línea eléctrica, y una corriente más baja significa menos pérdidas en la línea eléctrica.
Los primeros ingenieros se dieron cuenta de que se necesita un voltaje muy alto para una transmisión de energía eficiente. Hoy en día, las líneas eléctricas de larga distancia operan a voltajes superiores a 300.000 voltios para minimizar la pérdida de energía. Usando transformadores , es fácil aumentar el voltaje de CA a estos altos niveles y luego revertir el proceso en el extremo del consumidor. La tensión CC no funciona en un transformador. Debido a los transformadores, la CA ganó como favorito para la transmisión de energía.
La siguiente ventaja de AC es la generación de energía .
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Uno de los inventos más importantes de finales del siglo XIX fue el generador de CA, que era un diseño simple que Westinghouse hizo práctico. La generación mecánica de CC es mucho más complicada y la mayor parte de la CC hoy en día se genera mediante baterías, celdas solares, celdas de combustible o convirtiendo CA en CC.
La CA también tiene una ventaja en lo que respecta al consumo de energía .
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Las máquinas de CC requerían escobillas y conmutadores para funcionar, lo que aumentaba la complejidad y el mantenimiento. Tesla patentó el primer motor de inducción de CA práctico y General Electric puso en producción una versión industrial en la década de 1890, el compañero perfecto para la energía de CA que ya se estaba generando. Muy pronto, estos motores se instalaron en todo Estados Unidos en fábricas, minas y tiendas. Hoy en día, utilizamos motores de inducción de CA en nuestras casas para cosas como ventiladores eléctricos, compresores de aire acondicionado, trituradores de basura, etc. La simplicidad de los motores de CA, junto con la capacidad de usar energía de CA fácilmente, los convierte en una mejor opción que los de CC.
La iluminación moderna también funciona mejor con corriente alterna.
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Las luces incandescentes (el tipo que Edison hizo práctico) pueden funcionar con CA o CC, pero la iluminación fluorescente es una historia diferente. Las luces fluorescentes usan un gas, como argón o vapor de mercurio, que se excita con la presencia de un alto voltaje. Esta excitación del gas crea luz en el espectro visible o ultravioleta. Por varias razones prácticas, la CA es una mejor opción para el diseño y el funcionamiento de luces fluorescentes que la CC. Con el movimiento cada vez mayor de hoy hacia las luces fluorescentes compactas, la necesidad de aire acondicionado es aún mayor.
No hace falta decir que las tecnologías inalámbricas serían imposibles sin corriente alterna.
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Toda comunicación inalámbrica utiliza un portador , que es una onda electromagnética que oscila a una frecuencia muy alta y se transmite y recibe a través de una antena. Esta onda se propaga a través del espacio para distancias cortas, como con Wi-Fi, celular, etc., o en distancias que pueden ser asombrosas. La sonda Cassini de la NASA, por ejemplo, debe enviar datos e imágenes desde Saturno a la Tierra, ¡una distancia de casi mil millones de millas! DC, por otro lado, no es adecuado para la comunicación inalámbrica.
Casos donde DC es mejor que AC
DC tiene la ventaja de la portabilidad . Todo lo que necesite ser alimentado por una batería generalmente será CC, no CA. La tecnología de las baterías ha mejorado enormemente, desde las pilas de botón que pueden alimentar un reloj digital durante años hasta las baterías de automóvil recargables de alta energía que alimentan los vehículos eléctricos de hoy. Debido a esto, la CA suele pasar a un segundo plano frente a la CC en aplicaciones portátiles. Una excepción notable es el automóvil Tesla, que tiene una batería de CC pero utiliza un motor de inducción de CA.
DC también es mejor para el control de velocidad . Los motores de CA trifásicos y monofásicos no tienen un medio práctico para controlar la velocidad. El campo magnético giratorio que impulsa un motor de inducción, por ejemplo, solo puede diseñarse para valores discretos de RPM de 3.600, 1.800, 900, etc. según la construcción del motor. Los motores de CC, por otro lado, se pueden controlar de velocidad simplemente variando el voltaje de entrada.
La mayoría de los dispositivos electrónicos , como circuitos integrados, amplificadores de estado sólido, computadoras, etc., funcionan con corriente continua. Aunque la energía suministrada puede comenzar como CA (como en la corriente doméstica), debe convertirse a CC a través de una fuente de alimentación. Los diodos emisores de luz (LED) son otro ejemplo. Técnicamente hablando, un LED solo irradia cuando la corriente fluye en una dirección, que es CC. Los LED de hoy en día están hechos para funcionar con CA o CC, pero siguen siendo básicamente una tecnología de CC.
Finalmente, DC funciona mejor con algunas tecnologías ecológicas . Las celdas solares y las celdas de combustible son ejemplos de generadores de energía verde que convierten otras formas de energía en energía de CC. La energía eólica es la excepción; Las turbinas eólicas impulsan un generador de CA de la misma manera que se genera la energía de CA hidroeléctrica.
Resumen de la lección
La corriente alterna (CA) es el movimiento de carga eléctrica que cambia de dirección periódicamente. Se contrasta con la corriente continua (CC) , donde la corriente fluye en la misma dirección y es constante. Al igual que la CC, la CA tiene voltaje (en voltios), que es la fuerza electromotriz que empuja la carga, y corriente (en amperios), que es una medida de la cantidad de carga movida por tiempo. El voltaje de CA cambia la polaridad con una forma de onda que suele ser sinusoide y, en los EE. UU., Su frecuencia es de 60 Hz.
La CA tiene una serie de ventajas sobre la CC, incluida la generación y transmisión de energía a gran escala, así como el consumo de energía en motores industriales y domésticos. Para iluminación incandescente, CA o CC está bien, pero CA es más práctica para aplicaciones de luz fluorescente compacta. Otra gran ventaja de la CA es la tecnología inalámbrica , que de otro modo no sería posible.
La CC tiene ventajas sobre la CA en aplicaciones donde hay energía de batería, solar o celda de combustible. También tiene la ventaja de un mejor control de la velocidad del motor que la CA. Finalmente, DC es la forma en que se alimentan la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos , incluidos los LED.
Los resultados del aprendizaje
Después de esta lección en video, podrá:
- Contraste de corriente continua y alterna
- Definir voltaje y corriente
- Identificar la frecuencia de la corriente alterna
- Explique las ventajas de la corriente alterna sobre la corriente continua y viceversa.