Impedancia:

Antes de entrar en tema, vamos a aclarar que todas las consideraciones que vamos a hacer, están referidas a corriente alterna (CA o AC) sinusoidal pura y los análisis están hechos luego del instante inicial de carga, donde ya no hay "picos".

No vamos a entrar en toda la teoría sobre el tema, del cual hay mucha documentación accesible via internét, pero sí vamos a dar algunas fórmulas de uso práctico que nos van a servir para cálculos generales. Además vamos a suponer componentes ideales (no vamos a tomar en cuenta la resistencia del alambre que forma una bobina, o la resistencia de los conductores de un capacitor.

La impedancia es la resistencia que opone un componente PASIVO (resistencia, bobina, condensador) al paso de la cooriente eléctrica alterna.

Vamos a decir que la impedancia (que es en realidad un número complejo y se representa con la letra Z) tiene 2 partes, una real (la resistencia) y otra imaginaria (la reactancia).

La impedancia de una resistencia, es el valor mismo de la resistencia

La impedancia de un inductor es:
La impedancia de un capacitor es:

en ambas,y(F es la frecuencia de trabajo en hertz).

La impedancia se mide en ohms .

Ahora vamos a analizar la reactancia que es la parte imaginaria de la impedancia.

La reactancia de un capacitor la cual se expresa con Xc se calcula de la siguiente forma:

Xc se expresa en ohms y es la reactancia CAPACITIVA.

La reactancia de un inductor la cual se expresa con Xl se calcula de la siguiente forma

Xl se expresa en ohms y es la reactancia INDUCTIVA.

Nótese la diferencia de signos.

Esta reactancia es la que vamos a usar para saber p.ej. que caida de tensión va a producir x componente frente a una fuente de tensión alterna.

Otra cosa que hay que hacer notar es el efecto que produce un capacitor y un inductor además de resistencia al paso de la corriente alterna, es que producen un defasaje entre la corriente y la tensión. El capacitor produce un retraso de 90 grados de la tensión con respecto de la corriente, y el inductor la inversa, o sea un adelantamiento de 90 grados en la tensión respecto a la corriente.

Estos conceptos si bién no son fáciles de asimilar, con varios ejemplos y visualizaciones, vamos a poder entenderlos un poco mejor.

En la figura 1 hemos puesto un generador de tensión al cual le hemos conectado un condensador en serie con una resistencia además de un inductor también con una resistencia en serie. También hemos puesto 3 osciloscopios para poder "ver" que sucede en cada caso.

Vemos que el osciloscopio XSC1 tiene conectado un canal entre los extremos del inductor L1, y el otro entre los extremos de la R1, el XSC2, tiene conectado un canal entre los extremos de C1 y el otro sbre R2. Por último el XSC3 tiene conectado un canal sobre L1 y el otro sobre C1.

Los trazos en verde de XSC1 y 2 corresponden al canal que está sobre la resistencia.

Ahora veamos que sucede en XSC1 y 2 al simular el circuito:

Se puede observar claramente que en XSC1 la tensión aparece antes que en la resistencia y que en XSC2 luego. Este defasaje es de 90 grados.

De paso haremos algunos cálculos para ver "eso de la reactancia". Si hacemos los cálculos según la fórmula de reactancia para L y para C veremos que ambas dan 377 ohms aprox. Si esto fuera cierto, la I que circularia por el circuito seria: I=E/R, R=10000+377, I= 11.56 mA aprox. Eso quiere decir que la tensión entre los extremos de L1 deberia ser de 4.36 volts. Como yo tomé 120 volts (que son RMS) vamos a llevar la lectura del osciloscopio a RMS también (podria haber tomado la tensión pico a pico de entrada de los 120 volts rms y compararla directamente con la tensión pico a pico mostrada por el osciloscopio, pero siempre debemos hacerlo con los mismos valores, sea rms, pico a pico, etc.). Tenemos una tensión de pico de unos 6 volts y pico, para llevarlo a rms lo dividimos por 1.4142 y tomando 6 volts nos dá 4.23 volts (el cálculo nos habia dado 4.36) y como la medición que tomé con el osciloscopio fue a ojo, podemos decir que los cálculos están bién.

Ahora probemos con la resistencia: la tensión que deberia haber seria de unos 115.6, para llevarla a la tensión de pico (siempre x 1.4142) nos dá unos 163.5 volts, que no está lejos de lo que vemos en el osciloscopio.(ver en cada canal la escala a que está puesto, en C y en L a 5 volts por división, y en R a 200 volts por división.

Ahora si uno está adelantado y el otro atrasado, cuál será la diferencia de grados entre ambos?

Vamos a "encender el osciloscopio XSC3 y veremos que hay.

Maravilla!!!!!!!!!!, están defasados exactamente 180 grados.

Con estos ejemplos hemos podido ver que la reactancia de un componente efectivamente actua como si fuera una resistencia en circuitos de corriente alterna.

Ahora vamos a ver que pasa en condiciones particulares cuando Xl y Xc tienen el mismo valor para una frecuencia determinada.

En el siguiente circuito, he conectado en serie al generador una L y un C que tienen el mismo valor a 60 Hz (que es la frecuencia que hemos usado en todos los ejemplos). Además hemos puesto un osciloscopio y un wattimetro para analizar lo que pasa.

Procedemos a arrancar el simulador y ...................

Sorpresa!!!!!!!!!!! Luego de 1 segundo de simulación, ya tenemos un consumo de 7338 watts, y en el punto de unión del C y la L, la módica suma de unos 56000 volts pico a pico. Porqué sucede esto? En algún lugar dije que notaran la diferencia de signo, y como en los circuitos serie, las resistencias se suman, +x + -x nos dá 0. Si los componentes fueran ideales, seria un conductor con 0 ohms de resistencia (para esa frecuencia claro). En el punto medio, como la intensidad es 0, la tensión el máxima.

Ahora vamos a hacer lo mismo con un circuito paralelo:

 

 

 

 

Solamente dejé el wattimetro, y podemos ver que luego de 1 segundo de simulación, el circuito consume 0 watts!!!!!!!!!

Vamos a ver si alguien se dá cuenta porqué pasa esto. (repasar como se calculan las resistencias en paralelo).

Es muy probable que todo esto deje muchas dudas, pero a medida que lleguen, intentaremos despejarlas.

Estos últimos ejemplos, serie paralelo, es en realidad RESONANCIA. Son circuitos que responden de una forma específica a una determinada frecuencia.

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