Circuitos de Corriente Alterna. Parte 2: Circuito inductivo

Siguiendo con la serie de artículos sobre el análisis de los circuitos de corriente alterna, veamos ahora que sucede cuando conectamos una carga inductiva pura, que es la reactancia inductiva y la potencia reactiva.

La inductancia puede estar presente en un circuito en el que hayamos conectado inductores, pero también aparece cada vez que tenemos algún equipo o dispositivo que utilice bobinados, como un motor o un balasto para un equipo de alumbrado. De hecho, la inductancia está presente aún en los cables que utilizamos para realizar las conexiones de nuestro circuito. Por esta razón es muy importante saber que sucede cuando tenemos inductancia sometida a una fuente de corriente alterna.

Fig. 1. Inductores

Circuito inductivo puro

Como hicimos en el artículo anterior dedicado al circuito resistivo, supondremos que no existe ninguna otra componente además de la inductancia, razón por la que llamamos a este circuito inductivo puro, recordando que es una simplificación teórica que no se da en la realidad.

Fig. 2. Circuito inductivo puro

La inductancia tiene una característica muy particular originada en el comportamiento del campo magnético que genera: siempre se opone a las variaciones de la corriente que la atraviesa. Cuando conectamos una inductancia a una fuente de tensión alterna, esta característica hace que la corriente no varíe junto con la tensión sino que vaya retrasada respecto de la misma.

Con la ayuda de un osciloscopio veríamos el desfasaje entre la tensión y la corriente, como en la siguiente imagen:

Fig. 3. Tensión (Verde) y corriente (amarillo) en un circuito inductivo

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 atrasada con respecto a la tensión.

Fig. 4. Tensión y corriente en un circuito inductivo 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 Bobina).

Reactancia inductiva

La inductancia, de forma similar a la resistencia, presenta una oposición al paso de la corriente que se denomina Reactancia Inductiva (XL), cuyo valor depende de la inductancia y de la frecuencia:

Donde f es la frecuencia en Hertz y L el valor de la inductancia en Henrios (H)

El fenómeno de la reactancia inductiva se da solamente en Corriente Alterna. De hecho, si en la fórmula anterior ponemos f=0 (Corriente Continua), nos queda que XL=0, lo que implica que la inductancia no opone ninguna resistencia a la CC.

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 inductiva:

Potencia

Si calculamos la potencia multiplicando V x I en cada punto de las ondas de la Fig. 3, el desfasaje entre ellas nos dará un resultado diferente al del circuito con resistencia. En algunos momentos la tensión es positiva pero la corriente negativa, o al revés, lo que hará que la potencia tenga por momentos signo negativo (en violeta) y cuando los signos de la tensión y la corriente coincidan, la potencia será positiva (en amarillo):

Fig. 5. Potencia en un circuito inductivo

¿Qué significa que la potencia sea positiva o negativa?

Un valor positivo de potencia implica que el generador está transfiriendo energía a la carga. Por el contrario, un valor negativo significa que es la carga la que transfiere energía al generador.

En el caso del circuito inductivo esto se explica por las características de la inductancia: Cuando el generador le transfiere energía, el inductor la transforma en un campo magnético, pero luego es el inductor el que devuelve esa energía al generador.

Como tenemos la misma cantidad de valores positivos como negativos, la potencia media es cero. Esto implica que en un circuito inductivo 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 inductor. 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 inductivo, se dice que es potencia reactiva de origen inductivo y se la representa como QL

Potencia Reactiva

En un circuito inductivo, 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).

La potencia reactiva se puede calcular a partir de la reactancia inductiva del circuito según la siguiente fórmula:

Luego veremos que la potencia reactiva puede ser un problema y necesitaremos un método para compensar sus efectos.

Ejemplo

Calcular la corriente que circula por el bobinado de un motor que tiene una inductancia de 0,2 henrios cuando es conectado a una tensión de 230 V eficaces y frecuencia de 50 Hz y la potencia reactiva sobre el mismo (suponemos que el bobinado es inductivo puro).

Solución:

Primero calculamos la reactancia inductiva:

XL = 2*π*f*L = 6,28*50 Hz * 0,2 H = 62,8 Ω

Ahora calculamos la corriente:

I = V/XL = 230V/62,8Ω =3,7 A

Finalmente, la potencia reactiva:

Q = XL*I2 = 62,8 Ω * (3,7 A)2 = 62,8 * 12,25 = 859.7 VAR (Volt Amper Reactivos)

Autoevaluación

En el siguiente artículo de esta serie veremos cómo se comporta un circuito capacitivo.

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