CIRCUITOS RLC EN CORRIENTE ALTERNA Y CORRIENTE DIRECTA En este
artculo se har un repaso de los circuitos bsicos, formados por
resistencias (R), condensadores (C) y bobinas (L), cuando se
alimentan por una fuente de tensin alterna senoidal. En corriente
alterna aparecen dos nuevos conceptos relacionados con la oposicin
al paso de la corriente elctrica. Se trata de la reactancia y la
impedancia. Un circuito presentar reactancia si incluye
condensadores y/o bobinas. La naturaleza de la reactancia es
diferente a la de la resistencia elctrica. En cuanto a la
impedancia decir que es un concepto totalizador de los de
resistencia y reactancia, ya que es la suma de ambos. Es por tanto
un concepto ms general que la simple resistencia o reactancia.
El ms simple y sencillo:
Empezaremos con un circuito formado por una resistencia
alimentada por una fuente de tensin alterna senoidal:
La tensin vg tendr un valor instantneo que vendr dado en todo
momento por
En corriente alterna la oposicin al paso de la corriente
elctrica tiene dos componentes, una real y otra imaginaria. Dicha
oposicin ya no se llama resistencia sino impedancia, Z. La
impedancia se expresa mediante un nmero complejo, por ejemplo de la
forma a + jb, siendo a la parte real del nmero complejo y b su
parte imaginaria. Pues bien, una resistencia presenta una
impedancia que slo tiene componente real, ya que la su componente
imaginaria es de valor cero. Tendremos entonces que en el caso que
nos ocupa la impedancia total del circuito ser igual al valor que
presente la resistencia R, ya que no existe ningn otro elemento en
el circuito. As pues:
Tras lo visto, podemos calcular el valor de la corriente i que
circula por el circuito aplicando la Ley de Ohm:
Tenemos pues que i ser, al igual que la tensin vg, de tipo
alterna senoidal. Adems, como el argumento de la funcin seno es el
mismo en ambos casos, la corriente i estar en fase con la tensin
vg:
El condensador en corriente alterna:
El circuito base para el estudio del condensador en corriente
alterna es el siguiente:
En este circuito el condensador presentar una oposicin al paso
de la corriente alterna. Dicha oposicin se llama reactancia
capacitiva. Cul es la naturaleza de la reactancia capacitiva? Este
tipo de oposicin al paso de la corriente elctrica es de carcter
reactivo, entendiendo tal cosa como una "reaccin" que introduce el
condensador cuando la tensin que se le aplica tiende a variar
lentamente o nada. Cuando el condensador est totalmente descargado
se comporta como un cortocircuito. Cuando est totalmente cargado
como una resistencia de valor infinito. Para valores intermedios de
carga se comportar como una resistencia de valor intermedio,
limitando la corriente a un determinado valor. Como en corriente
alterna el condensador est continuamente cargndose y descargndose,
mientras ms lentamente vare la tensin (frecuencia baja) ms tiempo
estar el condensador en estado de casi carga que en estado de casi
descarga, con lo que presentar de media una oposicin alta al paso
de la corriente. Para variaciones rpidas de la tensin (frecuencias
altas) el efecto ser el contrario y por tanto presentar una
oposicin baja al paso de la corriente. Podemos decir, por tanto,
que la naturaleza de este tipo de oposicin es de carcter
electrosttico: la carga almacenada en el condensador se opone a que
ste siga cargndose y esta oposicin ser mayor cuanto ms carga
acumule el condensador.
El circuito presentar una impedancia al paso de la corriente
alterna dada por:
donde Xc es la reactancia capacitiva que se calcula as:
Como puede apreciarse, la impedancia que presenta un condensador
slo tiene componente imaginaria o reactiva. Qu podemos decir de la
corriente que circula por el circuito? Partamos de la conocida
expresin que relaciona la tensin en extremos de un condensador, su
capacidad elctrica y el valor de la carga que almacena dicho
condensador:
La tensin en extremos del condensador ser vg, con lo que podemos
poner que:
Si ahora derivamos respecto al tiempo la expresin anterior,
resulta que
Reordenando trminos, y teniendo en cuenta que cos a = sen ( a +
90 ), obtenemos finalmente que
La expresin anterior supone un desfase de 90 en adelanto de la
corriente que circula por el circuito respecto de la tensin en
extremos del condensador. Esto se puede ver claramente en la
siguiente grfica:
La bobina en corriente alterna:
Al igual que en los casos anteriores, el circuito sobre el que
se estudia el comportamiento bsico de la bobina en corriente
alterna es el siguiente:
La bobina presentar oposicin al paso de la corriente elctrica y
sta ser reactiva, de manera similar al caso capacitivo. Sin
embargo, la naturaleza de la reactancia inductiva no es de carcter
electrosttico, sino de carcter electromagntico. Una bobina inducir
en sus extremos (debido a su autoinduccin) una tensin que se opondr
a la tensin que se le aplique, al menos durante unos instantes.
Ello provoca que no pueda circular corriente libremente. Cuanto
mayor sea la velocidad de variacin de la tensin aplicada mayor
valor tendr la tensin inducida en la bobina y, consecuentemente,
menor corriente podr circular por ella. As, a mayor frecuencia de
la tensin aplicada mayor ser la reactancia de la bobina y, a la
inversa, a menor frecuencia de la tensin aplicada menor ser la
reactancia de la bobina.
La impedancia que presenta la bobina, y por ende el circuito,
ser la siguiente:
siendo Xl la reactancia inductiva de la bobina (que viene a ser
la oposicin que sta presenta al paso de la corriente alterna) que
se calcula as:
Veamos ahora qu valor tendr la corriente que circula por el
circuito. Igual que en el caso del condensador, partiremos de una
expresin que debiera ser conocida, la que se suele usar para
definir la autoinduccin:
Como vg es la tensin en extremos de la bobina podemos poner lo
siguiente:
Integrando los dos miembros de la igualdad resulta que
que tras reordenar y tener en cuenta la igualdad trigonomtrica -
cos a = sen ( a - 90 ), queda lo siguiente:
Por tanto, la bobina en corriente alterna atrasa la corriente 90
respecto a la tensin presente en sus extremos. Esto se puede ver en
la siguiente grfica:
