¿Qué es la Reactancia Capacitiva y para qué sirve?

Me da mucho gusto tenerte aquí con todas las ganas de aprender, hoy vamos a hablar de la Reactancia Capacitiva (XC), un tema que es muy importante en el campo de la ingeniería eléctrica, electrónica e incluso en la física, que es donde todo se fundamenta.

El objetivo es que al final de este texto, puedas comprender, explicar y aplicar los conocimientos teóricos de este tipo de reactancia, para esto, voy a explicarte de una manera sencilla y tranquila de que trata este tema.

Te dejo a continuación el contenido de esta pequeña clase:

  • Comprenderás en que consiste y que representa este concepto.
  • Formulas, exploraremos como realizar el análisis matemático.
  • Principio de funcionamiento: en este apartado analizaremos distintos subtemas, como su análisis general, método teórico, historia y condensadores de corriente alterna (CA).
  • Influencia de la frecuencia y la impedancia.
  • Ejemplos prácticos.
  • Aplicaciones.

¿Listo? Como has visto, son diversos puntos que conforman a este post, desde conocimientos teóricos hasta prácticos. Sin más ¡Comencemos!

¿Qué es la reactancia capacitiva?

En definición, la reactancia capacitiva (XC) es una propiedad inherente de los capacitores en corriente alterna, la cual permite reducir la corriente en este tipo de circuitos.

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Para que lo entiendas mejor, podemos decir que es la “barrera” que existe para evitar el cambio de corriente en los capacitores.

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Bien, para que quede clara mi definición, debemos compararlo con otro dispositivo muy conocido: la resistencia. Cuando se conecta un resistor a un circuito de corriente alterna, su resistencia se caracteriza por ser independiente y constante de la frecuencia, en caso de ser una resistencia ideal.

Mientras tanto, la resistencia de un capacitor ideal en un circuito de corriente alterna, se comporta de manera totalmente diferente, inconstante y dependiente de una frecuencia. Pues, esta resistencia es la XC.

Ya va tomando forma esto ¿No? Puede que tal vez no, pero más adelante veremos conceptos teóricos que nos ayudarán a comprender mejor porque el capacitor se comporta de manera distinta en la corriente alterna.

Por lo pronto, veremos en qué consiste la expresión matemática que representa a dicho concepto.

Fórmula matemática de la reactancia capacitiva

La reactancia capacitiva tiene como símbolo las letras “XC”, el cual es el símbolo eléctrico que podrás encontrarte en distintas fuentes donde hablen de este tema. Además, gracias a la similitud que tiene con la resistencia (la cual analizamos en el apartado anterior) su unidad de medida se mide en ohms.

¿Cómo calcular la reactancia capacitiva?

Es muy fácil, y se utiliza la siguiente formula:

Formula de la reactancia capacitiva

Donde:

  • XC es la reactancia capacitiva en Ohms
  • C es Capacitancia eléctrica en Faradios
  • f es Frecuencia en Hertz
  • ω es la velocidad angular

Como puedes ver, puedes calcular la XC por medio velocidad angular, o haciendo su sustitución por la frecuencia (f), multiplicada por  y la capacitancia (C)

Esta fórmula la tienes que guardar muy bien, anótala en algún lado, ya que la vamos a necesitar más adelante.

Como te comenté anteriormente, no he querido profundizar en conceptos y análisis teórico hasta que supiéramos su definición y su expresión matemática. Ahora que ya hemos conocido ambos apartados, podemos analizar a detalle este fenómeno físico y el comportamiento del capacitor en un circuito de corriente alterna. ¡Atento!

Principio de funcionamiento de la reactancia capacitiva

Teoría y análisis general

Como ya pudiste conocer anteriormente, la reactancia se define como una propiedad que tienen los capacitores para reducir u oponerse ante una corriente eléctrica, pero siempre y cuando este capacitor esté conectado a un circuito de corriente alterna (CA).

Otro punto que vale la pena rescatar del apartado anterior, es la comparación que realizamos con la resistencia, la cual tiene las mismas características que la reactancia, incluso la misma unidad de medida (ohm).

Esto no es casualidad, ya que la oposición de la corriente en circuitos de corriente continua (C.C) es la resistencia, y en un circuito de corriente alterna se le llama impedancia, concepto que es muy importante, ya que tiene que ver directamente con nuestro concepto de estudio.

¿Por qué y cómo sucede?

Bien, para que esto suceda es primordial que un capacitor este presente en un circuito de corriente alterna (C.A). Cuando se realiza esta acción, el capacitor presenta cargas en sus placas y la corriente eléctrica tiene un valor de cero, provocando que el capacitor de comporte como una resistencia.

Aquí no acaba todo, recordemos que un circuito CA se caracteriza por tener señales de voltaje que cambian constantemente de polaridad (positivo a negativo) a velocidad de una frecuencia específica. Esto tiene efecto en el capacitor, ya que gracias a esta característica se estará cargando y descargando a velocidad de esa frecuencia.

Lo anterior es importante, porque conforme el capacitor está en carga y descarga, existe en su interior una corriente eléctrica, la cual está siendo detenida por la impedancia de nuestro capacitor. ¿Ya te diste cuenta? Esta impedancia interna que está restringiendo esa corriente, es nuestra XC, aquí la importancia de ese concepto.

La variación que existe de la reactancia respecto a la frecuencia (que veremos más a detalle) se le llama impedancia compleja, la cual define a la XC. Esta impedancia compleja es producida por los electrones de la carga eléctrica que se encuentra en las placas del capacitor, ya que pasan a gran velocidad de una placa a otra, respecto a la frecuencia.

La impedancia (Z), de manera formal, se define como la razón que existe entre la corriente y el voltaje, es decir:

Formula general de la impedancia

Sin embargo, la impedancia en los circuitos de corriente alterna capacitivos también puede obtenerse con ayuda de la XC.

Formula impedancia en circuitos de corriente alterna

Como puedes ver, la frecuencia tiene un gran protagonismo, y es por eso que se encuentra directamente en la expresión matemática de la XC. Recordemos esa expresión:

Formula de la reactancia capacitiva

Te recuerdo que debes tener esta expresión muy presente, porque más adelante la vamos a ocupar.

Para que quede mucho más claro que sucede con la XC, debes conocer a detalle que es lo que sucede con un capacitor conectado a un circuito de corriente alterna. Este subtema es muy importante ya que puede aclarar totalmente el porqué de la XC.

Comportamiento de un condensador en corriente alterna (C.A)

Muy bien, ya casi acabamos de analizar el fenómeno de la XC, sin embargo, antes de que eso suceda, debes conocer cómo funciona un capacitor conectado a un circuito de corriente alterna (C.A) y cuáles son sus características en este tipo de corriente.

Para que lo comprendas mejor, empezaremos comparando la característica más importante del funcionamiento del capacitor en corriente continua (C.C) con el funcionamiento del mismo en corriente alterna (C.A):

  • En la corriente continua NO EXISTE el paso de corriente en el capacitor.
  • En la corriente alterna SI EXISTE el paso de una corriente por el capacitor, lo cual influye fuertemente en el comportamiento del condensador.

De aquí surge una característica clave del fenómeno de la XC, y es que al estar pasando corriente alterna por el condensador, se presenta un desfase del voltaje de los terminales; este voltaje está 90° retrasado respecto a la corriente que está atravesando el capacitor.

Otra forma en que lo puedes ver, es que la corriente se encuentra adelantada al voltaje. Este fenómeno sucede como consecuencia del capacitor y su oposición a los cambios drásticos de voltaje que presenta sus terminales.

Comportamiento del voltaje y corriente alterna en un condensador

Esta gráfica es importante, ya que prácticamente representa a la XC y sus características.

Ya todo ha tomado forma ¿No? Podemos resumir que, cuando se aplica un voltaje alterno en un condensador, este tendrá un comportamiento de restricción u oposición al paso de la corriente alterna. Esta restricción es nuestra XC, la cual ya sabemos calcular.

¿Cómo influye la frecuencia en la reactancia capacitiva?

Llegados a este punto, ya conoces muchos conceptos y características importantes que forman a la XC; por lo tanto, también sabes que la frecuencia tiene un gran impacto en el comportamiento de la reactancia y su valor.

¿Recuerdas que te había dicho que una de las diferencias entre la reactancia y la resistencia era que esta última es independiente y constante? Pues aquí es donde toma fuerza ese planteamiento, ya que la XC puede variar con la frecuencia que se esté suministrando, cualquier transición que exista en la frecuencia de la alimentación, tendrá efecto en el condensador y en el valor de la XC.

¿Cómo lo hace? Pues es sencillo entenderlo:

  • Mientras más frecuencia tenga suministrada el capacitor, menor será su XC.
  • Por el contrario, mientras menos frecuencia aplicada exista, el valor de la reactancia aumenta.

Estos cambios o variaciones tienen un nombre que les representa y que ya exploramos en un apartado anterior: impedancia compleja.

Es por eso que un capacitor conectado a corriente alterna es dependiente de la frecuencia, al igual que su XC. Esto sucede gracias al aumento de la frecuencia, y al existir un aumento de la frecuencia, el capacitor pasa más carga eléctrica por medio de sus placas, como consecuencia, tenemos más flujo de corriente en el capacitor.

¿Cómo influye la impedancia en la reactancia capacitiva?

Anteriormente ya habíamos definido la impedancia, la cual se define formalmente como la razón que existe entre la corriente y el voltaje, es decir:

Formula general de la impedancia

Donde:

  • Z = impedancia (ohms)
  • V = Voltaje eficaz.
  • I = Corriente eficaz.

Sin embargo, la impedancia en los capacitores conectados a la corriente alterna representa la oposición al cambio de esta corriente alterna; cómo puedes ver, es lo mismo a la XC. Esta impedancia se expresa matemáticamente de la siguiente manera.

Impedancia capacitor en corriente alterna

Donde:

  • Z = impedancia (ohms)
  • j = Operador para números y unidad imaginaria, el cual es producto del desfase de 90° entre el voltaje y la corriente.
  • C = Capacitancia (Farads)
  • F = Frecuencia suministrada (Hz)

De esta manera podemos calcular la impedancia del circuito capacitivo. Dicha impedancia tiene gran influencia en el capacitor y en la XC, por ejemplo:

  • La impedancia al ser inversamente proporcional a la frecuencia, si esta última es de 0 Hz, la impedancia será infinita, lo cual se define como una XC infinita.
  • Por otro lado, si la impedancia es infinita (reactancia infinita), el capacitor se comportará como circuito abierto, dado que su corriente es igual a cero.

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Antes de pasar a los ejercicios te dejo algunos condensadores que puedes comprar en línea de una forma muy fácil, espero te sean útiles en tus proyectos.

Ejemplos de reactancia capacitiva

Ha llegado el momento de aplicar algunos conceptos teóricos que hemos visto anteriormente. ¿Recuerdas la fórmula que vimos al principio? Pues espero que la hayas anotado en algún lado porque la vamos a ocupar; aunque sinceramente no tienes de que preocuparte, ahora mismo te la recuerdo.

Formula de la reactancia capacitiva

Recuerda que la XC se calcula sobre los condensadores aplicados a circuitos de corriente alterna (CA). Muchos de estos circuitos son de tipo RC (Resistencia – Capacitor) o circuito RLC (Resistencia – Bobina – Capacitor); esto es importante porque los circuitos ejemplo que veras a continuación son de este tipo. Descuida, que nos enfocaremos solo en calcular la XC.

Ejercicio 1

En el siguiente circuito RC se tiene:

  • Un capacitor de 330μF
  • Con una frecuencia de 10kHz.
Circuito ejercicio 1 reactancia capacitiva

El objetivo es calcular la XC del condensador utilizando la expresión que vimos anteriormente.

  • Planteamos la expresión matemática.
Formula de la reactancia capacitiva
  • Sustituimos nuestros valores en la expresión.
Calculo de la reactancia capacitiva, ejercicio 1
  • Calculamos la XC.

Xc = 0.048 Ω

Como puedes recordar, la reactancia tiene como unidad los ohms.

Ejercicio 2

El siguiente circuito tiene conectado:

  • Un capacitor de 40μF
  • El cual tiene una XC de 1kΩ.
Circuito ejercicio 1 reactancia capacitiva

El objetivo es conocer la frecuencia que se debe aplicar.

  • Planteamos la expresión matemática.
Formula de la reactancia capacitiva
  • Despejamos la frecuencia.
Formula de la frecuencia
  • Sustituimos nuestros valores
Sustitución de valores ejercicio 2 reactancia capacitiva
  • Calculamos y concluimos.

f= 15.91Hz

La frecuencia que se tiene que aplicar para que exista una XC de 1kΩ es de 15.91Hz. De esa forma podemos obtener otros datos, como la capacitancia. Recuerda que, a mayores valores de frecuencia, menor será el valor de nuestra XC.

Aplicaciones de la reactancia capacitiva

La propiedad de la XC tiene un gran protagonismo en sistemas de filtros eléctricos, tales como los filtros pasa altos y circuitos pasa altos. Además, también tiene aplicación en circuitos de puente para medir los valores de inductancias, así como circuitos desfasadores de señal. Cabe destacar que la XC usualmente la vas a encontrar en conjunto con resistencias e inductancias, trabajando a la par.

La XC también se aplica en sistemas de sonido, como altavoces woofer y tweeter. En esto sistemas se utilizan condensadores, los cuales tienen el objetivo de evitar bajas frecuencias, como altas frecuencias, dependiendo del tipo de altavoz con el que estemos trabajando.

En el campo de las telecomunicaciones, la XC se utiliza para el estudio de señales y la descomposición de las mismas, gracias a la dependencia que tiene con la frecuencia.

¡Felicidades!

Hemos llegado al final de este tema, el cual lo admito, ha sido un poco extenso; no obstante, espero que hayas entendido a la perfección de que va la XC y sus diferentes características que le conforman. Recuerda que el objetivo es que si llegas a aplicar estos conocimientos (ya sea de manera teórica o práctica) lo hagas de la mejor manera y con seguridad.

Antes de despedirme, y como ya es costumbre por aquí, te dejaré algunos puntos del tema que vale la pena recordar. Aquí van…

  • La XC se puede definir como la propiedad que tiene un capacitor de reducir la corriente en un circuito de corriente alterna (C.A)
  • La XC tiene como característica ser dependiente e inconstante.
  • La fórmula de la XC es la siguiente:
Formula de la reactancia capacitiva
  • La XC es dependiente de la frecuencia que se aplique: entre más frecuencia, menos reactancia. Entre menos frecuencia, más reactancia.
  • La variación de la XC debido a la frecuencia se le llama impedancia compleja.
  • Una de las características que destacan en el comportamiento de los capacitores en corriente alterna, es que su voltaje se encuentra desfasado (retrasado) 90° respecto a la corriente,
  • La XC tiene gran aplicación en filtros y sistemas de audio.

Y bueno, eso es todo. Recuerda jamás dejar de aprender, que nada detenga tus sueños. Nos vemos en el próximo post.

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Juan Carlos G - Capacitores .Net

Juan Carlos G.

Electrónica y desarrollo de software


Estudie Electrónica en la UNAM y me encanta hablar y publicar estos temas para ayudar a los demás a comprender ciertos temas que muchas veces son complicados de entender. Espero que este blog, el cual lo he dedicado a hablar de los Capacitores y productos relacionados a este componente, te sea de gran ayuda, amigo o amiga electrónica.

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