Onda senoidal

La corriente alterna es una corriente eléctrica cuyo valor y sentido varían continuamente, tomando valores positivos y negativos en distintos instantes de tiempo.

La forma más común de corriente alterna es la senoidal y se debe a que los generadores de electricidad más utilizados producen tensiones y corrientes con esa forma.

La corriente alterna es más fácil para transportar a lo largo de grandes distancias que la corriente continua, lo cual es una ventaja para su distribución. Otra ventaja importante de la corriente alterna es que puede ser fácilmente convertida entre distintos valores de tensión, ya sea aumentándolos o disminuyéndolos a través de transformadores.

En el siguiente gráfico podemos ver la variación de tensión en el tiempo de una señal alterna senoidal. En el gráfico se muestra un solo ciclo completo, pero la señal normalmente repite los ciclos constantemente. A cada instante de tiempo del eje horizontal le corresponde un valor de tensión en el eje vertical.

Los instantes de tiempo se representan también mediante un ángulo que es el parámetro de la función seno. Esta relación entre tiempo y ángulo se explica más adelante. Por ahora vemos en el diagrama que para distintos instantes de tiempo hay distintos valores de tensión eléctrica.

Expresión general – Valor instantáneo

A través de la expresión general de una señal alterna se puede obtener el valor que tiene la tensión en un determinado instante de tiempo o para un determinado ángulo. Esta magnitud se denomina valor instantáneo.

El valor instantáneo se calcula como el valor máximo multiplicado por el seno de un ángulo. El ángulo varía continuamente con el tiempo, por lo tanto para cada instante de tiempo tenemos un ángulo diferente.

Dado que la función seno toma valores entre -1 y 1, el valor instantáneo alcanza sus máximos y mínimos cuando el argumento de la función vale 90 y 270 grados respectivamente (½ π radianes y 3/2 π radianes).



V_(α) = Tensión para un determinado ángulo [V]
V_max = Valor máximo de la tensión [V]
α = Ángulo instantáneo [Grados o radianes]

El ángulo en un determinado momento se calcula como la velocidad angular (ángulo recorrido por unidad de tiempo) multiplicada por el tiempo.

Se suma un valor de fase, que es distinto de cero en los casos en que se tenga un desplazamiento inicial de la función hacia la izquierda o hacia la derecha. Por lo tanto la expresión completa para calcular el valor instantáneo es la siguiente.



V_(t) = Tensión para un determinado instante [V]
V_max = Valor máximo de la tensión [V]
ω = Velocidad angular [grados / s o rad. / s]
t = Tiempo para el cual calculamos la tensión [s]
φ = Ángulo de fase inicial [grados o rad.]

Fase (φ)

Una señal senoidal puede estar desplazada en el eje horizontal, es decir en tiempo.

La fase es un valor que representa el ángulo inicial de la señal y se mide en radianes o en grados. En el siguiente ejemplo vemos dos señales con distinta fase (desfasadas entre sí ½ π radianes o 90 grados).

¿Cómo se calcula la fase?

Si existe una diferencia entre la señal eléctrica que queremos representar y la función trigonométrica que utilizamos para representarla, lo que hacemos es sumar o restar ese ángulo en la función trigonométrica para que coincida con la señal.

Esto es similar al cálculo de la fase en el movimiento armónico simple.

Una duda que puede surgirnos es la siguiente: ¿Por qué tenemos que tener en cuenta la fase si se trata de señales periódicas? Algunos motivos como ejemplo pueden ser:

• Podemos querer conocer el valor instantáneo en un momento dado, por lo que necesitamos saber el ángulo inicial de la señal para saber cuánto vale la función en ese momento.
• Podemos querer comparar o realizar cálculos con varias señales que se encuentran desfasadas entre sí, por lo tanto necesitamos conocer el ángulo inicial de cada una.

Período (T)

El período es la duración de un ciclo completo de una señal alterna. Se mide en segundos (con sus prefijos correspondientes).

Frecuencia (f)

Es la inversa del período y corresponde a la cantidad de ciclos por unidad de tiempo de una señal alterna. Se mide en hertz. Un hertz equivale a un ciclo completo en un segundo.

Velocidad angular (ω)

La velocidad angular o pulsación se calcula como 2 π multiplicado por la frecuencia. Representa la velocidad de variación del ángulo de giro (ver movimiento circular uniforme).



ω = Velocidad angular [rad. / s]
f = Frecuencia de la señal [Hz]

Valor eficaz (V_ef)

El valor eficaz de una corriente alterna es una de sus magnitudes más importantes. Dado que una señal alterna varía en el tiempo, no entrega la misma energía que entregaría una corriente continua con el mismo valor que el valor máximo de la corriente alterna.

El valor eficaz de tensión de una corriente alterna es el equivalente al valor de tensión de una corriente continua que produce el mismo calor (es decir que provee la misma energía) durante un mismo período de tiempo. Si la señal alterna tiene forma senoidal, el valor eficaz se calcula como:



V_EF =    Tensión eficaz [V]
V_MAX = Tensión máxima [V]

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