Circuitos de CA. Parte 1: Circuito resistivo

El análisis de los circuitos de CC no tiene mayores complicaciones, pero cuando utilizamos corriente alterna la situación es muy diferente. En esta serie de artículos veremos que pasa cuando conectamos distintos tipos de cargas a una fuente de CA, comenzando el análisis con los circuitos resistivos viendo la relación entre la tensión y la corriente e introduciremos el concepto de potencia activa.

A lo largo de esta serie de artículos utilizaremos algunos conceptos y terminología específicos de la corriente alterna que tal vez te convenga repasar viendo este artículo y este otro, publicados con anterioridad.

Circuito con resistencia pura

Empezaremos analizando que sucede en un circuito que sólo tiene resistencia conectada a una fuente de corriente alterna.

Recordemos que esto es puramente teórico, ya que siempre existen componentes inductivos y capacitivos en un circuito real.

Hacemos esta simplificación para poder estudiar sólo los efectos de la resistencia.

Cuando se le aplica una tensión alterna, la resistencia se comporta de la misma forma que cuando se le aplica una tensión continua, presentando una oposición a la circulación de corriente.

La corriente que circula por la resistencia será la que determine la ley de Ohm:

I = \frac{V}{R}

En la fórmula anterior, I será la corriente eficaz circulante, V la tensión eficaz aplicada y R la resistencia del circuito.

Si vemos las formas de onda de la tensión y la corriente en este circuito con la ayuda de un osciloscopio, veríamos algo como lo que muestra la Fig. 2.

En esta imagen se puede apreciar que las dos ondas varían en forma conjunta: los máximos y los ceros coinciden, razón por la cual se dice que están en fase.

En la siguiente imagen puede verse a la izquierda la representación fasorial de la Tensión (V) y la Corriente (I). Ambos fasores tienen la misma dirección y al girar producen las dos ondas senoidales en fase.

En este simulador puedes ver cómo varían la tensión y la corriente (al hacer click se abre en otra ventana).

Potencia

Recordando que la potencia se calcula multiplicando el valor de tensión por el de corriente (P= V*I), el cálculo de la potencia en un circuito como este debería realizarse multiplicando estos dos valores en cada instante de tiempo.

No lo haremos punto por punto, pero observando la Fig. 2 nos damos una idea de cómo va a variar la potencia en cada instante:

• Cuando V e I son 0, la potencia también es 0.
• Cuando V e I alcanzan su valor máximo también la potencia tendrá su máximo
• Cuando V e I son positivas la potencia al ser resultado de una multiplicación da un resultado positivo.
• Cuando V e I son ambas negativas la potencia nuevamente da un resultado positivo.

Todo esto está representado gráficamente en la siguiente imagen:

En el gráfico de la potencia vemos que la misma es siempre positiva, lo que significa que la resistencia gasta o consume energía permanentemente del generador.

En la misma imagen se puede apreciar una línea horizontal que representa la potencia media que es la que mediríamos con un vatímetro.

A esta potencia también se la denomina potencia activa (P), se mide en Watts o Vatios y se la puede calcular multiplicando la tensión eficaz por la corriente eficaz:

\boxed{P = V \cdot I = \frac{V^2}{R} = {I^2} \cdot R}

Ejemplo

Calcular la potencia activa que aparece en una resistencia calefactora de 50 ohms cuando se la conecta a una tensión de 220V eficaces.

Solución: Calculamos primero la corriente eficaz:

I = V/R = 220V / 50Ω = 4,4 Amperes

Y ahora calculamos la potencia:

P = R*I² = 50 Ω * (4,4 A)² = 50 x 19,36 = 968 W

También podríamos haber aplicado en forma directa la fórmula P = V²/R

P = V²/R = (220)² / 50 = 48400 / 50 = 968 W

Autoevaluación

En los siguientes artículos veremos cómo se comporta un circuito inductivo puro, un circuito capacitivo puro y qué es la impedancia.