Corriente continua y alterna: diferencias
Por Juan Ganzo · Publicado el
La corriente continua (CC, o DC en inglés) circula siempre en el mismo sentido y con un valor constante, como la de una pila. La corriente alterna (CA, o AC) cambia de sentido periódicamente siguiendo una senoide, como la del enchufe: en España, 230 V eficaces a 50 Hz, es decir, 50 ciclos completos por segundo.
Lo interesante es qué significa ese «230 V» si la tensión del enchufe no para de cambiar. La respuesta es el valor eficaz, y entenderlo te evitará más de un susto, como elegir mal un condensador para la red.
Corriente continua: siempre en el mismo sentido
En la corriente continua, la tensión entre los dos bornes no cambia: el positivo siempre es el positivo, y la corriente sale siempre por él y vuelve por el negativo. Si dibujas la tensión frente al tiempo, sale una recta horizontal. La tienes en muchos sitios:
- Pilas y baterías: 1,5 V una pila AA, 3,7 V la del móvil y 12 V la del coche.
- El USB: 5 V, lo que sale del cargador del móvil.
- Las placas solares: generan continua, y por eso necesitan un inversor para conectarse a la casa.
- La electrónica de cualquier aparato: un ordenador, la placa de una lavadora o un Arduino funcionan con continua, aunque se enchufen a la red.
Todo lo de Electrónica básica, de la Ley de Ohm a las leyes de Kirchhoff, está planteado en continua. En la figura 1 tienes las dos corrientes con los mismos ejes.
Corriente alterna: cambia de sentido 50 veces por segundo
La tensión del enchufe es una senoide: sube desde 0 hasta un máximo, vuelve a 0, baja hasta un mínimo igual pero negativo y vuelve a 0. Mientras es positiva, la corriente circula en un sentido, y cuando es negativa, en el contrario. Es una corriente alterna senoidal:
v(t) = Vpico · sen(2π · f · t)
Vpico es el valor máximo de la tensión y f, la frecuencia: los ciclos completos por segundo, en hercios (Hz). La frecuencia y el periodo son dos caras de lo mismo: el periodo T es lo que dura un ciclo, y T = 1/f.
- En España y en el resto de Europa, 50 Hz: T = 1/50 = 0,02 s = 20 ms.
- En Estados Unidos y buena parte de América, 60 Hz: T = 1/60 = 16,67 ms.
El número que multiplica a t dentro del seno es la pulsación o frecuencia angular, ω = 2π · f. Con 50 Hz, ω = 2π · 50 = 314,16 rad/s, así que la red se escribe v(t) = 325,27 · sen(314,16 · t). Verás ω en todas las fórmulas de alterna.
Una precisión que se suele pasar por alto: en cada ciclo la tensión cambia de signo dos veces, así que con 50 Hz la corriente cambia de sentido 100 veces por segundo, no 50.
Valor eficaz, de pico y pico a pico: qué significa «230 V»
Una senoide se describe con tres valores:
- Valor de pico (Vpico): el máximo que alcanza la tensión, medido desde 0.
- Valor pico a pico (Vpp): la distancia del máximo al mínimo, el doble del de pico.
- Valor eficaz (Vef, o RMS en inglés): el de la energía. Es el que dan las placas de los aparatos, el que mide el polímetro y el «230 V» del enchufe.
En una senoide pura, los tres están relacionados así:
Vpico = Vef · √2 · Vpp = 2 · Vpico
Con la red española: Vpico = 230 · √2 = 230 · 1,4142 = 325,27 V, y el valor pico a pico, 2 · 325,27 = 650,54 V: en cada ciclo, la tensión va de +325 V a −325 V.
Qué significa de verdad el valor eficaz
El valor eficaz es la tensión continua que produciría el mismo calor en la misma resistencia. Si el enchufe fuese de 230 V de continua, una estufa calentaría exactamente igual: a efectos de energía, el enchufe «es de 230 V».
¿Y por qué √2? La potencia en una resistencia es V² / R, así que se promedia el cuadrado de la tensión. El de una senoide oscila entre 0 y Vpico², con media Vpico² / 2, y su raíz es Vpico / √2. De ahí RMS (root mean square): raíz de la media del cuadrado.
Un dato curioso de la figura 2: a los 2,5 ms de empezar el ciclo (45°), la tensión vale exactamente 230 V, porque 325,27 · sen 45° = 325,27 · 0,7071 = 230.
El valor medio, y por qué el polímetro marca 0 V
El valor medio de un ciclo completo es 0: lo que sube, baja. El de un semiciclo, que es el mismo que el de la onda rectificada en onda completa, es 2 · Vpico / π = 2 · 325,27 / 3,1416 = 207,07 V (con un rectificador de media onda, que solo deja pasar un semiciclo de cada dos, la mitad).
Por eso, si mides un enchufe con el polímetro en modo continua, marca casi 0 V: en ese modo mide el valor medio, y el de la alterna es cero.
Aviso: el factor √2 solo vale para senoides puras. Una onda cuadrada, una triangular o la salida de un variador de frecuencia tienen otras relaciones entre pico y eficaz.
Una forma sencilla de entenderlo: el río y la marea
Yo lo entendí así: la continua es un río que siempre baja en el mismo sentido. La alterna es la marea: el agua va y viene sin parar. No avanza, pero mueve una noria igual de bien, y lo que importa es cuánta energía entrega, que es lo que mide el valor eficaz.
Ejemplo resuelto: una estufa de 2000 W en el enchufe
Una estufa eléctrica de 2000 W es una resistencia que se calienta. La enchufamos a 230 V, 50 Hz:
Paso 1: la corriente eficaz. Con P = V · I, usando valores eficaces:
Ief = P / Vef = 2000 / 230 = 8,70 A
Paso 2: la resistencia. Con P = V² / R:
R = Vef² / P = 230² / 2000 = 52 900 / 2000 = 26,45 Ω
Paso 3: la corriente de pico. En una resistencia, la corriente sigue a la tensión, así que también es senoidal:
Ipico = Ief · √2 = 8,70 · 1,4142 = 12,30 A
Comprobación con la Ley de Ohm en el pico: 325,27 V / 26,45 Ω = 12,30 A ✓.
Paso 4: la potencia instantánea. En cada instante, p = v · i. Con la tensión y la corriente en su pico, p = 325,27 · 12,30 ≈ 4000 W; cuando pasan por cero, dos veces por ciclo, p = 0 W. Y cuando las dos son negativas, su producto es positivo: la estufa nunca devuelve energía.
La potencia oscila entre 0 y 4000 W, y su media es 2000 W: la de la placa y la que se paga en la factura. La conclusión: por eso todo se especifica en valores eficaces. Con ellos, P = V · I y P = V² / R funcionan igual que en continua. Si usaras el pico, te saldrían 4000 W, el doble de la real, y ningún cálculo de potencia te cuadraría.
Calculadora de corriente alterna
Escribe una tensión (eficaz, de pico o pico a pico) y su frecuencia: verás los demás valores, el periodo, la pulsación y la gráfica de dos ciclos. En «Ver el planteamiento» tienes cada fórmula con tus números. Viene cargada con el enchufe español.
Calculadora de corriente alterna
Escribe una tensión senoidal (en valor eficaz, de pico o pico a pico) y su frecuencia: verás todos sus valores, la gráfica de dos ciclos y las fórmulas con tus números.
Casos típicos
La tensión tiene que ser mayor que 0 y la frecuencia, de 0,1 Hz a 1 MHz. Admiten decimales con coma o con punto. Si no sabes qué valor tienes, casi seguro que es el eficaz: es el que ponen las placas de características y el que mide el polímetro en V~.
Valor de pico, Vpico
325,27 V
Vpico = Vef · √2. Es la tensión máxima que tiene que aguantar cualquier componente conectado.
- Valor eficaz, Vef
- 230 V
- Valor pico a pico, Vpp
- 650,54 V
- Valor medio de un semiciclo (rectificada en onda completa)
- 207,07 V
- Periodo, T
- 20 ms
- Pulsación, ω
- 314,16 rad/s
- Cambios de sentido por segundo
- 100
Si vas a elegir un condensador o un componente para esta tensión, mira el valor de pico, no el eficaz.
Ver el planteamiento
Partimos de una tensión senoidal de 230 V (valor eficaz) y 50 Hz. Las relaciones con √2 solo valen para senoides puras.
- Vpico = Vef · √2 = 230 · 1,4142 = 325,27 V
- Vpp = 2 · Vpico = 2 · 325,27 = 650,54 V
- Vmedio = 2 · Vpico / π = 2 · 325,27 / 3,1416 = 207,07 V
- T = 1 / f = 1 / 50 = 0,02 s = 20 ms
- ω = 2π · f = 2 · 3,1416 · 50 = 314,16 rad/s
- Cambios de sentido = 2 · f = 2 · 50 = 100 por segundo
Con todo esto, la tensión instantánea es v(t) = 325,27 · sen(314,16 · t) voltios, con t en segundos.
¿Por qué en casa hay alterna y no continua?
Por el transformador, que sube o baja la tensión casi sin pérdidas pero solo funciona con alterna: se basa en un campo magnético que cambia con el tiempo, y con continua el campo no cambia.
Subir la tensión es la clave del transporte. Para una misma potencia, P = V · I: a más tensión, menos corriente. Y lo que se pierde en los cables depende del cuadrado de la corriente: Ppérdidas = I² · R. Por ejemplo (simplificado, como si fuera monofásica), para transportar 1 MW por una línea de 10 Ω:
- A 20 kV: I = 1 000 000 / 20 000 = 50 A, y se pierden 50² · 10 = 25 000 W, el 2,5 % de lo que se transporta.
- A 400 kV: I = 1 000 000 / 400 000 = 2,5 A, y se pierden 2,5² · 10 = 62,5 W.
Con una tensión 20 veces mayor, la corriente es 20 veces menor y las pérdidas, 20² = 400 veces menores. Por eso la red de transporte va a 400 kV y 220 kV, y las subestaciones la bajan por etapas hasta los 230 V de casa.
Esta ventaja decidió la guerra de las corrientes, a finales del siglo XIX: Thomas Edison defendía la continua, y Nikola Tesla y George Westinghouse, la alterna, que con transformadores llegaba mucho más lejos. Ganó la alterna.
Aun así, las líneas de alta tensión en continua (HVDC) compensan en distancias muy largas y en cables submarinos, como el enlace de Red Eléctrica entre Sagunto (Valencia) y Santa Ponsa (Mallorca), con más de 200 km bajo el mar.
Dónde está la continua en tu casa
En casa entra alterna, pero casi toda la electrónica funciona con continua, así que cada aparato lleva una fuente de alimentación que la convierte. El cargador del móvil, por ejemplo, pasa los 230 V de alterna a los 5 V de continua del USB. La forma clásica tiene tres pasos (figura 4):
- Transformador: baja la tensión de 230 V a unos pocos voltios, todavía en alterna.
- Rectificador: unos diodos dejan pasar la corriente en un solo sentido y dan la vuelta a los semiciclos negativos: la tensión ya es positiva, pero a saltos.
- Filtro: un condensador se carga en cada pico y entrega corriente mientras la tensión baja, y deja una continua casi plana, con un pequeño rizado.
Los cargadores actuales son fuentes conmutadas, que rectifican antes y usan un transformador diminuto, pero la idea es la misma: diodos para pasar a continua y condensadores para alisarla.
Errores típicos
- Usar un condensador de 250 V en la red de 230 V de alterna. Es el más peligroso de la lista. El enchufe llega a 325 V de pico, y la tensión de un condensador no se puede superar en ningún instante: con 325 V, uno de 250 V se perfora y puede reventar. Mira el pico y deja margen.
- Medir alterna con el polímetro en modo continua, o al revés. En modo continua, el enchufe marca casi 0 V, y una pila en modo alterna, 0 o un valor sin sentido. Fíjate en el símbolo: V~ (con la ondita) es alterna, y V (una raya continua sobre otra discontinua) es continua.
- Pensar que, como la media de la alterna es 0, no entrega energía. La media de la tensión es 0, pero la de la potencia no: en la estufa, p = v · i es siempre positiva, porque cuando la tensión es negativa la corriente también lo es.
- Confundir la frecuencia con la tensión, o aplicar √2 a cualquier onda. 50 Hz dice cuántas veces por segundo se repite la onda; 230 V, lo grande que es, y son independientes. Y el factor √2 solo vale para senoides: en una onda cuadrada, el pico y el eficaz coinciden.
- Confundir pico con pico a pico al leer un osciloscopio. En el osciloscopio es muy fácil medir la onda de arriba abajo y tomarlo por el pico. Si ocupa 6 divisiones a 5 V por división, son 30 V pico a pico: 15 V de pico y 15 / √2 = 10,6 V eficaces.
Preguntas frecuentes sobre la corriente continua y alterna
¿Cuál es la diferencia entre corriente continua y alterna?
En la corriente continua (CC o DC) la corriente circula siempre en el mismo sentido y la tensión es constante, como en una pila. En la alterna (CA o AC) la tensión sigue una senoide y cambia de signo periódicamente, así que la corriente va y viene: en la red española, 230 V eficaces a 50 Hz, con 100 cambios de sentido por segundo.
¿Por qué se dice que en casa hay 230 V si el pico es 325 V?
Porque 230 V es el valor eficaz: la tensión continua que produciría el mismo calor en la misma resistencia. La tensión del enchufe oscila entre +325 V y −325 V (230 · √2 = 325,27 V), pero a efectos de energía equivale a 230 V de continua. Por eso los cálculos de potencia, las placas y los polímetros usan el valor eficaz.
¿Por qué en Europa son 50 Hz y en América 60 Hz?
Por razones históricas. En los primeros años de la electricidad cada fabricante y cada compañía usaba su propia frecuencia, y con el tiempo cada país normalizó la que más se había extendido en su red: 50 Hz en Europa y buena parte del mundo, y 60 Hz en Estados Unidos y otros países de América. Las dos funcionan bien; lo difícil es cambiar una red entera ya construida.
Ejercicio 1
Un transformador entrega 12 V de alterna (valor eficaz, 50 Hz) a un puente rectificador de 4 diodos y a un condensador de filtro. ¿Qué marca el polímetro en el secundario en modo V~? ¿Cuál es la tensión de pico? ¿A qué tensión se carga aproximadamente el condensador, si cada diodo conduciendo cae 0,7 V y en un puente conducen 2 a la vez?
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Solución
1. El polímetro. En modo V~ el polímetro mide el valor eficaz, que es el dato del transformador: marca 12 V. 2. El pico. Vpico = Vef · √2 = 12 · 1,4142 = 16,97 V. 3. El condensador. En cada semiciclo conducen dos diodos del puente en serie con el condensador, y cada uno se come 0,7 V. El condensador se carga hasta el pico menos esas dos caídas: VC ≈ 16,97 − 2 · 0,7 = 16,97 − 1,4 = 15,57 V, y sin nada conectado apenas se descarga. Por eso una fuente «de 12 V» sin regular da más de 15 V en vacío, y por eso el condensador del filtro se elige de 25 V: uno de 16 V iría al límite. Puedes comprobar el pico en la calculadora con el preajuste «Transformador de 12 V».
Lectura relacionada: ¿Qué es un diodo? Tipos y calculadora Zener, el componente que convierte la alterna en continua.