Un Panel Fotovoltaico conectado a la instalación doméstica (y a la red del proveedor) produce un voltaje de corriente continua (CC), que luego se convierte en un voltaje de corriente alterna sincronizada (CA) por un inversor. Este voltaje se ajusta a la misma frecuencia (50 Hz) y una amplitud comparable a la de la red.
En electricidad, la corriente circula si y solo si existe una diferencia de potencial (ΔV) — en particular en corriente continua, donde solo la diferencia de tensión instantánea determina el flujo de corriente. En cambio, en el caso de dos fuentes alternas sincronizadas (misma frecuencia, misma forma de onda), la corriente puede circular incluso si las tensiones instantáneas son iguales en algunos momentos, gracias a un desfasaje (unos pocos grados) entre las sinusoides.
En este contexto, es la diferencia de fase entre las tensiones, así como las características de impedancia del circuito, las que determinan la existencia y la dirección de la corriente.
N.B.: En una tensión alterna de 220 V, la tensión varía de +311 V a -311 V. De hecho, el valor de 220 V es el valor eficaz (RMS) de la tensión alterna. Este es el valor utilizado para los cálculos de potencia y las especificaciones de los aparatos eléctricos. La tensión alterna oscila entre un valor positivo máximo y un valor negativo máximo. El valor máximo (amplitud) es en realidad \( V_{\mathrm{CRESTA}} = V_{\mathrm{RMS}} \times \sqrt{2} \) → \( 220 \times \sqrt{2} \approx 311\,\text{V} \)
En términos de física, esta transferencia obedece a la ecuación de potencia: \( P = V \cdot I \cdot \cos(\varphi) \). Esta fórmula es conocida como la "Fórmula de la Potencia Activa en Corriente Alterna Monofásica Sinusoidal."
Incluso si el voltaje eficaz es nominalmente el mismo (230 V por ejemplo), son las variaciones instantáneas de tensión (fase, dinámica, microajustes) las que permiten que el inversor inyecte una corriente dirigida hacia la red.
Imagine dos bombas hidráulicas conectadas a los dos extremos de una misma tubería, cada una produciendo una variación de presión a una frecuencia de 50 Hz.
Estas variaciones crean ondas de presión en el fluido (similares a las ondas sonoras) que se desplazan a través de la tubería. Estas ondas provocan áreas de compresión y relajación del fluido, sin desplazamiento global de masa, pero con oscilaciones locales de las partículas de agua.
Este sistema es una buena analogía con dos fuentes de tensión alterna en un circuito eléctrico: la presión representa la tensión, el flujo corresponde a la corriente y la resistencia al flujo es similar a la impedancia eléctrica.
Las dos presiones son idénticas en cada instante.
No hay diferencia de presión entre los dos extremos de la tubería común.
Por lo tanto: flujo nulo en todo momento, sin movimiento del fluido.
Conclusión: No hay transferencia de energía. El fluido está estático a pesar de la presión oscilante.
Presiones opuestas: cuando una empuja, la otra aspira.
Diferencia de presión máxima en cada instante.
El fluido oscila fuertemente de una bomba a la otra, alternativamente.
El flujo \( Q(t) \) está en oposición de fase con la diferencia de presión.
El producto \( \Delta p(t) \cdot Q(t) \) es negativo la mitad del tiempo, positivo la otra mitad, pero perfectamente simétrico.
Conclusión:
Cuando una bomba está en su presión máxima, la otra está en el punto de flujo máximo (porque el gradiente de presión está cambiando).
La presión y el flujo están en cuadratura (90° de desplazamiento).
Esto corresponde a una situación en la que la potencia instantánea siempre es no nula, pero cambia de signo durante el ciclo.
Conclusión:
En este caso, el desfasaje no es totalmente nulo (como en el caso 0°), ni de 90° (donde la presión y el flujo están desplazados al máximo pero sin transferencia neta), ni máximo (como en el caso 180°), sino intermedio.
La diferencia de presión no es máxima en todo momento, sino que varía parcialmente.
El flujo también es sinusoidal, pero está parcialmente en fase con la presión.
Este desfasaje crea una transferencia neta de energía entre las bombas, resultando en un flujo real de fluido de una bomba a la otra.
| Caso N° | Desfasaje (°) | Diferencia de Presión | Flujo \( Q(t) \) | Potencia Instantánea | Potencia Promedio |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0° | Nula | Nulo | \( P(t) = 0 \) | 0 (sin transferencia) |
| 2 | 90° | Máxima | En cuadratura con la presión | Sinusoidal, alternancia de signos | 0 (transferencia recíproca) |
| 3 | 180° | Máxima | Opuesto a la presión | Sinusoidal simétrica | 0 (transferencia recíproca) |
| 4 | Intermedio (por ejemplo, 5°) | Parcial pero no nula | Parcialmente en fase con la presión | Sinusoidal, valor promedio no nulo | ≠ 0 (transferencia neta de energía) |
Aunque existe un flujo instantáneo alterno en todos los casos, una transferencia neta de masa solo ocurre si el desfasaje es parcial (diferente de 0°, 90° o 180°).
El fluido es, por lo tanto, el medio de la energía mecánica y puede convertirse en un vector de transporte de materia en situaciones de transferencia neta de energía.
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