Circuitos de Corriente Alterna (AC) y Corriente Continua (DC)
Corriente Directa (DC)
La corriente directa, conocida como DC (Direct Current), es un tipo de corriente eléctrica en la que el flujo de electrones es constante y se mueve en una sola dirección. Se genera a través de fuentes como baterías, células solares y pilas de combustible. Los circuitos de DC son simples y se utilizan comúnmente en dispositivos electrónicos y sistemas que requieren un voltaje constante, como la carga de baterías, el funcionamiento de dispositivos electrónicos (teléfonos móviles, computadoras, etc.) y en vehículos eléctricos.
Corriente Alterna (AC)
La corriente alterna, o AC (Alternating Current), es un tipo de corriente eléctrica en la que el flujo de electrones cambia de dirección periódicamente, usualmente varias veces por segundo. La forma más común de AC es una onda senoidal, que presenta una oscilación suave y continua. La frecuencia de la corriente AC se mide generalmente en Hertz (Hz), indicando el número de ciclos por segundo. En Estados Unidos, la frecuencia estándar de AC es de 60 Hz, mientras que en muchos otros países es de 50 Hz. La AC es generada por plantas de energía y es la forma principal de electricidad utilizada en hogares y negocios. Es ideal para la transmisión de energía a larga distancia, ya que puede transformarse fácilmente a diferentes voltajes usando transformadores, permitiendo una transmisión eficiente y económica de la electricidad. La AC también se utiliza en diversas aplicaciones como motores, herramientas eléctricas y electrodomésticos.
Diferencias Entre Circuitos AC y DC
- Flujo de Corriente: En los circuitos de DC, la corriente fluye en una dirección constante, mientras que en los circuitos de AC, la corriente alterna su dirección periódicamente.
- Fuente de Voltaje: Los circuitos de DC son alimentados por una fuente de voltaje constante, como una batería o una fuente de alimentación de DC. Los circuitos de AC son alimentados por una fuente de voltaje alterno, como un generador o un transformador conectado a la red eléctrica.
- Frecuencia: Los circuitos de DC tienen una frecuencia de 0 Hz, ya que la corriente y el voltaje permanecen constantes con el tiempo. Los circuitos de AC tienen una frecuencia mayor a 0 Hz, típicamente 50 Hz o 60 Hz para sistemas de energía principal.
Componentes de Circuitos AC y DC
- Circuitos de DC: Resistencias, Capacitores, Inductores, Diodos, Transistores, Fuentes de voltaje de DC.
- Circuitos de AC: Resistencias, Capacitores, Inductores, Diodos (para rectificación), Transformadores, Fuentes de voltaje de AC.
Técnicas de Análisis
- Análisis de Circuitos de DC: Ley de Ohm, Leyes de Kirchhoff, Teorema de Thevenin, Teorema de Norton, Superposición.
- Análisis de Circuitos de AC: Representación Fasorial, Impedancia Compleja, Leyes de Kirchhoff en forma fasorial o de impedancia compleja, Teoremas de Thevenin y Norton para circuitos AC, Cálculos de potencia.
Ecuaciones para Circuitos AC y DC
En los circuitos de AC y DC, se utilizan diversas ecuaciones para analizar y resolver problemas eléctricos:
- Ley de Ohm: V = I * R
- Potencia: En circuitos de DC: P = V * I. En circuitos de AC: P = V * I * factor de potencia (pf)
- Leyes de Kirchhoff: Ley de Corriente de Kirchhoff (KCL) y Ley de Voltaje de Kirchhoff (KVL)
- Ecuaciones de Circuito AC: Valores RMS, Potencia Aparente (S), Potencia Real (P), Potencia Reactiva (Q), Reactancia Capacitiva (XC), Reactancia Inductiva (XL), Impedancia (Z), Ángulo de Fase (θ).
Ejemplo – Cálculo de Circuito Serie DC
Consideremos un circuito serie simple de DC con una fuente de voltaje (V) y tres resistencias (R1, R2, y R3) conectadas en serie. El objetivo es calcular la corriente (I) a través del circuito y el voltaje en cada resistencia.
- Valores dados: V = 12 V (DC), R1 = 4 Ω, R2 = 6 Ω, R3 = 2 Ω
- Paso 1: Determinar la resistencia total (R_total) del circuito en serie: R_total = R1 + R2 + R3 = 12 Ω
- Paso 2: Calcular la corriente (I) a través del circuito: I = V / R_total = 1 A
- Paso 3: Calcular el voltaje en cada resistencia: V_R1 = 4 V, V_R2 = 6 V, V_R3 = 2 V
Conclusión: la corriente (I) a través del circuito serie es 1 A, y los voltajes en R1 (V_R1), R2 (V_R2) y R3 (V_R3) son 4 V, 6 V y 2 V, respectivamente.
Ejemplo – Cálculo de Circuito Serie AC
Consideremos un circuito serie simple con una resistencia (R), un capacitor (C) y un inductor (L) conectados en serie a una fuente de voltaje AC (V). El objetivo es calcular la corriente (I) y el voltaje en cada componente.
- Valores dados: V = 120 V (rms) a una frecuencia de 60 Hz, R = 10 Ω, L = 200 mH, C = 100 μF
- Paso 1: Calcular la frecuencia angular (ω): ω = 2 * π * f ≈ 377 rad/s
- Paso 2: Calcular la reactancia inductiva (X_L) y la reactancia capacitiva (X_C): X_L ≈ 75.4 Ω, X_C ≈ 26.5 Ω
- Paso 3: Determinar la impedancia total (Z) del circuito en serie: Z = 10 + j48.9 Ω
- Paso 4: Calcular la magnitud de la impedancia: |Z| ≈ 50.1 Ω
- Paso 5: Calcular la corriente (I) a través del circuito: I ≈ 2.4 A
- Paso 6: Calcular el voltaje en cada componente: V_R ≈ 24 V, V_L ≈ 180.96 V, V_C ≈ 63.6 V
Conclusión: la corriente (I) a través del circuito serie es aproximadamente 2.4 A, y los voltajes en la resistencia (V_R), inductor (V_L) y capacitor (V_C) son aproximadamente 24 V, 180.96 V y 63.6 V, respectivamente.
