Circuitos de CA. Parte 3: Circuito capacitivo

Completando la serie de artículos sobre el análisis de los circuitos de corriente alterna, veamos ahora que sucede cuando conectamos una carga capacitiva pura, qué es la reactancia capacitiva y cómo se comporta la potencia en un circuito de este tipo.

Circuito capacitivo puro

La capacidad proviene de los capacitores o condensadores, como los que se emplean para el arranque de motores monofásicos.  En este artículo supondremos que tenemos sólo cargas de este tipo conectadas a una fuente de alterna, sin considerar la influencia de otros factores (como la resistencia o la inductancia). Por esta razón le llamamos circuito capacitivo puro.

Fig. 1. Circuito capacitivo puro

Los condensadores tienen una característica especial debida a su habilidad para almacenar cargas eléctricas: siempre se oponen a la variación de la tensión aplicada a sus bornes. Esto hace que la tensión no varíe de la misma forma que la corriente sino que se atrase 90 grados respecto de la misma (si tomamos como referencia a la tensión, también podemos decir que la corriente está adelantada 90 grados).

Vistas con la ayuda de un osciloscopio, la tensión y la corriente en un circuito de este tipo tendrían la siguiente forma:

Fig. 2. Tensión (Verde) y corriente (amarillo) en un circuito capacitivo

Empleando la representación fasorial, la tensión y corriente corresponderían a dos fasores que forman 90 grados entre sí, que al girar producen las ondas senoidales desfasadas. Como se puede ver, la corriente está adelantada con respecto a la tensión.

Fig. 3. Tensión y corriente en un circuito capacitivo puro

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

Reactancia capacitiva

El condensador, de forma similar a como sucede con la resistencia, presenta una oposición al paso de la corriente que se denomina Reactancia Capacitiva (XC) cuyo valor depende de la capacidad y de la frecuencia:

Donde f es la frecuencia en Hertz y C el valor de la Capacidad en Faradios (F)

La reactancia capacitiva es un fenómeno que ocurre solamente en Corriente Alterna. Si en la fórmula anterior ponemos f=0 (CC), nos queda que XC=∞, o sea que en CC el capacitor se comporta como un circuito abierto.

La corriente eficaz que circula a través de la inductancia se puede calcular usando la ley de Ohm con la tensión eficaz aplicada y la reactancia capacitiva:

Potencia

Al calcular la potencia sobre el condensador multiplicando punto a punto la tensión y la corriente veremos algo similar a lo que ocurrió con el circuito de la inductancia: tendremos valores de potencia tanto positivos (en amarillo) como negativos (en rosa) como se ve en la siguiente gráfica.

Fig. 4. Potencia en un circuito capacitivo

Esto se explica porque en un momento el generador entrega energía al condensador, el que la almacena en forma de campo eléctrico por las cargas que guarda en su interior (potencia positiva) pero luego devuelve esa energía almacenada al generador (potencia negativa).

Eso ocasiona que la potencia media sea cero. Al igual de lo que pasa con la inductancia, en un circuito capacitivo puro no hay consumo o gasto de potencia en forma de calor como en el circuito con resistencia. Por el contrario, la energía va y viene hacia y desde el condensador. En estas condiciones la potencia es denominada potencia reactiva (Q) siendo su unidad de medida el Volt Amper Reactivo (VAR).

Cuando la potencia reactiva se origina por un elemento capacitivo, se dice que es potencia reactiva de origen capacitivo y se la representa como QC

Potencia reactiva

En un circuito capacitivo, la potencia media es cero y no se gasta energía en la carga.

Esta potencia se llama Potencia Reactiva y su unidad de medida es el Volt Amper Reactivo (VAR).

Ejemplo

Calcular la corriente que circula por un condensador que tiene una capacidad de 4,7 uF cuando es conectado a una tensión de 220 V eficaces y frecuencia de 50 Hz y la potencia reactiva sobre el mismo.

Solución:

Primero calculamos la reactancia capacitiva:

XC = 1 / (2*π*f*C) = 1 / (6,28 * 50 * 0,0000047 F) = 1 / 0,000148 = 6756 Ω

La corriente es:

I = V / XC = 220 V / 6756 Ω = 0,0326 A = 32,6 mA

Y la potencia reactiva:

Q = XC * I2 = 6756 Ω * (0,0326 A)2 = 7,2 VAR (Volt Amper Reactivos)

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2 comentarios en «Circuitos de CA. Parte 3: Circuito capacitivo»

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