Corriente alterna (CA)

01 · Punto de partida

El enchufe no es una pila grande

Es tentador pensarlo así: «si la pila da 9 V y el enchufe da 220 V, es lo mismo pero más fuerte». No lo es. En la pila, el borne + es siempre +. En el enchufe, cada uno de los dos contactos pasa de positivo a negativo y de vuelta cincuenta veces por segundo. Nada de lo que aprendiste sobre polaridad fija vale ahí.

Este tema tiene dos objetivos. Uno es entender algo que te rodea todo el día: cualquier aparato enchufado. El otro es dejar clarísimo dónde termina tu mesa de trabajo. Al terminar vas a saber explicar por qué la protoboard y la red eléctrica no se mezclan nunca.

• ¿Qué es lo que oscila en la corriente alterna?
• ¿Qué significan los «220 V» y los «50 Hz» del enchufe?
• ¿Por qué la red es alterna si la electrónica usa continua?
• ¿Qué puedo hacer con la alterna en este curso y qué no?

02 · Definición

Una tensión que va y viene

En el Tema 11 graficaste la tensión de una pila a lo largo del tiempo y obtuviste una línea horizontal. Si hacés lo mismo con el enchufe, sale una onda: la tensión sube hasta un máximo, baja, cruza el cero, llega a un máximo del otro signo y vuelve. Y repite ese recorrido sin parar.

Esa onda tiene una forma precisa, la senoide. Es la curva que dibuja cualquier cosa que gira vista de costado, y aparece porque la electricidad de la red se produce con generadores que giran.

En inglés se abrevia AC, de alternating current. En las etiquetas aparece como AC, CA o con el símbolo de una pequeña onda (∿ o ~).

03 · Parámetros

Los números de la red

Para describir una continua alcanzaba con un número, su tensión. Una alterna necesita decir además qué tan rápido oscila y qué tan alto llega. Son cuatro valores, y dos de ellos están impresos en cualquier aparato.

Frecuencia: 50 Hz

Cuántos ciclos completos hace por segundo. Se mide en hertz (Hz). En Argentina y en la mayor parte del mundo son 50; en otros países, 60.

Período: 20 ms

Cuánto dura un ciclo. Es el inverso de la frecuencia: 1 / 50 = 0,02 segundos. En un parpadeo de tus ojos entran varios ciclos.

Valor pico: 311 V

El máximo al que llega la onda, en un sentido y en el otro. La red lo alcanza cien veces por segundo.

Valor eficaz: 220 V

El número de la etiqueta. Es la tensión continua que produciría el mismo calor en un resistor. Sirve para comparar una alterna con una continua.

El valor eficaz merece una explicación más. Como la onda pasa buena parte del tiempo lejos de su máximo, su efecto promedio es menor que el del pico. Para una senoide, el pico es siempre unas 1,41 veces el valor eficaz: 220 × 1,41 ≈ 311. Cuando alguien dice «220 voltios», la tensión real está oscilando entre +311 y −311.

04 · Simulador

La red en cámara lenta

Un ciclo de la red dura 20 milésimas de segundo: imposible de ver. Este simulador lo estira cientos de veces. El gráfico muestra dos ciclos, y un punto recorre la onda marcando el instante actual. A la derecha hay una lámpara común y un trozo de cable con sus electrones.

Qué observar

1. 1
   Seguí el punto durante un ciclo completo.

   Sale del cero, sube al pico, vuelve al cero, baja al pico negativo y regresa. Eso dura un período: 20 milésimas de segundo en la realidad.

2. 2
   Mirá los electrones del cable.

   No avanzan: van y vienen. La flecha indica para qué lado circula la corriente en cada momento, y cambia cada vez que la onda cruza el cero.

3. 3
   Mirá la lámpara.

   Brilla al máximo en los dos picos, el positivo y el negativo, y se apaga en cada cruce por cero. A una lámpara común no le importa el sentido. En la realidad, esos apagones ocurren cien veces por segundo y el ojo no los percibe.

4. 4
   Pausá en un pico y leé la tensión.

   311 V, no 220. Avanzá de a cuartos de ciclo: +311, 0, −311, 0. El valor eficaz no corresponde a ningún instante en particular: es un promedio.

5. 5
   Activá la comparación con una pila de 9 V.

   Su línea queda pegada al cero. Esa es la escala real de la diferencia entre tu mesa de trabajo y el enchufe.

6. 6
   Cambiá a la red de 120 V y 60 Hz.

   La onda es más baja y más apretada: menos tensión y ciclos más cortos. Por eso algunos aparatos no funcionan igual en otros países.

Preguntas para pensar

1. Si la tensión pasa por cero cien veces por segundo, ¿por qué una lámpara no parpadea a la vista?
2. Un LED solo conduce en un sentido. ¿Qué pasaría, en cuanto al sentido, si se lo alimentara con una alterna?
3. La etiqueta dice 220 V, pero la onda llega a 311 V. ¿Cuál de los dos números importa para la seguridad?

05 · Por qué existe

Por qué la red es alterna

Si toda la electrónica funciona con continua, ¿por qué a tu casa llega alterna? Por una razón de transporte que podés entender con lo que viste en el Tema 7.

1. 1
   Los cables largos pierden energía en forma de calor.

   Tienen resistencia, y esa pérdida crece muchísimo con la corriente que los atraviesa.

2. 2
   La misma potencia se puede enviar con más tensión y menos corriente.

   Como la potencia es tensión por corriente, si se multiplica la tensión por mil, alcanza con la milésima parte de la corriente.

3. 3
   La alterna permite cambiar de tensión con facilidad.

   Un transformador sube o baja la tensión de una alterna con muy pocas pérdidas. Con continua, eso fue durante mucho tiempo muy difícil.

El resultado es la cadena que alimenta tu escritorio:

El último eslabón te devuelve a tu mundo. El cargador recibe los 220 V de alterna y entrega 5 V de continua, estables y seguros. Vos trabajás del lado de la salida; todo lo que está antes es otro territorio.

06 · Límite

Por qué no entra a tu protoboard

La diferencia no es de grado. En los Temas 4 y 6 viste que con 9 V la piel casi no deja pasar corriente. Con 220 V, la corriente que atraviesa el cuerpo alcanza para ser mortal. Por eso estas tres reglas no tienen excepciones:

1. 1
   Nada de la red se conecta a la protoboard.

   Ni un cable, ni un transformador abierto, ni una «prueba rápida». La protoboard se alimenta con pilas o con USB.

2. 2
   Los cargadores y las fuentes no se abren.

   Por fuera entregan 5 V, pero por dentro tienen la tensión de la red. Algunos componentes internos conservan carga incluso un rato después de desenchufarlos. Si un cargador falla, se reemplaza.

3. 3
   El multímetro no se acerca al enchufe.

   Medir la red requiere instrumentos adecuados y formación específica. Tus mediciones son de continua y de hasta 9 V (Tema 22).

07 · Práctica

Entrenador: ¿se toca o no?

Diez situaciones cotidianas. Para cada una, decidí en cuál de las tres categorías cae. La pregunta que ordena todo es: ¿hay tensión de red, o mucha energía, al alcance de la mano?

08 · Analogía para programadores

La alterna para programadores

1. 1
   La protoboard es el entorno de pruebas; la red es producción.

   En pruebas, romper algo sale barato. En producción, el mismo error tiene consecuencias graves. No se prueba en producción.

2. 2
   El cargador es una interfaz.

   Expone 5 V de continua, simples y seguros, y esconde lo que pasa adentro. Usás la interfaz, no la implementación.

3. 3
   La senoide es una función periódica.

   Con la amplitud y la frecuencia queda completamente determinada, y se puede calcular para cualquier instante.

El último punto permite comprobar con código dos afirmaciones del tema: que el pico es 311 V y que el valor eficaz, calculado como «la raíz del promedio de los cuadrados», da 220 V.

import math

PICO = 311
HZ = 50

# Tension de la red en el instante t (segundos)
def tension(t):
    return PICO * math.sin(2 * math.pi * HZ * t)

# Mil mediciones a lo largo de un segundo
suma = 0
maximo = 0
cruces = 0
anterior = tension(0.00005)
for i in range(1, 1001):
    v = tension(i / 1000 + 0.00005)
    suma += v * v
    maximo = max(maximo, abs(v))
    if v * anterior < 0:
        cruces += 1
    anterior = v

print("Pico:", round(maximo), "V")
print("Eficaz:", round(math.sqrt(suma / 1000)), "V")
print("Cambios de signo:", cruces)

Probá con HZ = 60. ¿Cambian el pico y el valor eficaz? ¿Y la cantidad de cambios de signo?

09 · Comprensión

Confusiones frecuentes

10 · Práctica guiada

Ejercicios de alterna, en papel

Ejercicio 1: el período de la red

La red es de 50 Hz. ¿Cuánto dura un ciclo? ¿Cuántos ciclos entran en una décima de segundo? ¿Y cuántas veces se anula la tensión en ese tiempo?

Ejercicio 2: leer el simulador

Elegí la red de 120 V y 60 Hz. Antes de mirar los valores, calculá el período y estimá el valor pico. Después comprobalo.

Ejercicio 3: clasificar tu casa

Pensá en tres aparatos de tu casa que funcionen con continua, o que la tengan adentro, y tres que usen la red directamente. ¿Cómo lo podés saber sin abrirlos?

Ejercicio 4: las tres reglas

Escribí en tu cuaderno, con tus palabras, las tres reglas de la sección 06. ¿Por qué este ejercicio no admite una «solución alternativa»?

11 · Síntesis

Ideas para recordar

¿Listo para el Tema 13?

Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:

• Explicar qué diferencia a una alterna de una continua usando la palabra «signo».
• Decir qué significan los 50 Hz y cuánto dura un ciclo.
• Explicar por qué una red de «220 V» llega a 311 V.
• Enunciar las tres reglas sobre la red eléctrica.

Con esto queda cubierto qué tipos de corriente existen. Falta ordenar el sistema de referencias con el que se mide todo: en el próximo tema, polaridad, masa y tierra (GND).