En el tutorial de la Red RC vimos que cuando se aplica una tensión continua a un condensador, el propio condensador toma una corriente de carga de la alimentación y se carga hasta un valor igual al de la tensión aplicada.
Así mismo, cuando la tensión de alimentación se reduce la carga almacenada en el condensador también se reduce y el condensador se descarga. Pero en un circuito de corriente alterna en el que la señal de tensión aplicada cambia continuamente de una polaridad positiva a una negativa a un ritmo determinado por la frecuencia de la alimentación, como en el caso de una tensión sinusoidal, por ejemplo, el condensador se carga o se descarga de forma continua a un ritmo determinado por la frecuencia de la alimentación.
A medida que el condensador se carga o se descarga, fluye por él una corriente que está restringida por la impedancia interna del condensador. Esta impedancia interna se conoce comúnmente como Reactancia Capacitiva y se le da el símbolo XC en Ohms.
A diferencia de la resistencia que tiene un valor fijo, por ejemplo, 100Ω, 1kΩ, 10kΩ etc, (esto es porque la resistencia obedece a la Ley de Ohms), la Reactancia Capacitiva varía con la frecuencia aplicada por lo que cualquier variación en la frecuencia de alimentación tendrá un gran efecto en el valor de la «reactancia capacitiva» del condensador.
A medida que la frecuencia aplicada al condensador aumenta, su efecto es la disminución de su reactancia (medida en ohmios). Del mismo modo, a medida que la frecuencia a través del condensador disminuye, su valor de reactancia aumenta. Esta variación se denomina impedancia compleja del condensador.
La impedancia compleja existe porque los electrones en forma de carga eléctrica en las placas del condensador, parecen pasar de una placa a la otra más rápidamente con respecto a la frecuencia variable.
A medida que la frecuencia aumenta, el condensador pasa más carga a través de las placas en un tiempo determinado, lo que resulta en un mayor flujo de corriente a través del condensador, apareciendo como si la impedancia interna del condensador hubiera disminuido. Por lo tanto, un condensador conectado a un circuito que cambia a lo largo de un rango determinado de frecuencias puede decirse que es «Dependiente de la frecuencia».
La Reactancia Capacitiva tiene el símbolo eléctrico «XC» y tiene unidades que se miden en Ohms igual que la resistencia, ( R ). Se calcula mediante la siguiente fórmula:
Reactancia capacitiva
 |
 Fórmula de la reactancia capacitiva |
- Donde:
- Xc = Reactancia capacitiva en ohmios, (Ω)
- π (pi) = 3.142 (decimal) o como 22÷7 (fracción)
- ƒ = Frecuencia en Hertz, (Hz)
- C = Reactancia en Faradios, (F)
Reactancia capacitiva Ejemplo nº1
Calcule el valor de la reactancia capacitiva de un condensador de 220nF a una frecuencia de 1kHz y de nuevo a una frecuencia de 20kHz.
A una frecuencia de 1kHz:
De nuevo a una frecuencia de 20kHz:
donde: ƒ = frecuencia en Hertz y C = capacitancia en Faradios
Por lo tanto, se puede ver a partir de lo anterior que a medida que la frecuencia aplicada a través del condensador de 220nF aumenta, de 1kHz a 20kHz, su valor de reactancia, XC disminuye, de aproximadamente 723Ω a sólo 36Ω y esto es siempre cierto como la reactancia capacitiva, XC es inversamente proporcional a la frecuencia con la corriente pasada por el condensador para un voltaje dado siendo proporcional a la frecuencia.
Para cualquier valor dado de capacitancia, la reactancia de un condensador, XC expresada en ohmios puede representarse gráficamente contra la frecuencia como se muestra a continuación.
Reactancia capacitiva frente a la frecuencia
Reorganizando la fórmula de reactancia anterior, también podemos encontrar a qué frecuencia un condensador tendrá un valor determinado de reactancia capacitiva ( XC ).
Ejemplo de reactancia capacitiva nº2
¿A qué frecuencia tendría un condensador de 2,2uF un valor de reactancia de 200Ωs?
O podemos encontrar el valor del condensador en Faradios conociendo la frecuencia aplicada y su valor de reactancia a esa frecuencia.
Ejemplo de reactancia capacitiva nº3
Cuál será el valor de un condensador en faradios cuando tiene una reactancia capacitiva de 200Ω y está conectado a una alimentación de 50Hz.
Podemos ver en los ejemplos anteriores que un condensador cuando se conecta a una alimentación de frecuencia variable, actúa un poco como una «resistencia variable controlada por la frecuencia» ya que su reactancia (X) es directamente proporcional a la frecuencia. A frecuencias muy bajas, como 1Hz nuestro condensador de 220nF tiene un alto valor de reactancia capacitiva de aproximadamente 723,3KΩ (dando el efecto de un circuito abierto).
A frecuencias muy altas como 1Mhz el condensador tiene un valor de reactancia capacitiva baja de sólo 0,72Ω (dando el efecto de un cortocircuito). Así que a frecuencia cero o en estado estacionario de CC nuestro condensador de 220nF tiene una reactancia infinita pareciendo más bien un «circuito abierto» entre las placas y bloqueando cualquier flujo de corriente a través de él.
Revisión del divisor de tensión
Recordamos de nuestro tutorial sobre Resistencias en Serie que pueden aparecer diferentes tensiones a través de cada resistencia dependiendo del valor de la resistencia y que un circuito divisor de tensión tiene la capacidad de dividir su tensión de alimentación por la relación R2/(R1+R2). Por lo tanto, cuando R1 = R2 la tensión de salida será la mitad del valor de la tensión de entrada. Del mismo modo, cualquier valor de R2 mayor o menor que R1 dará lugar a un cambio proporcional a la tensión de salida. Considere el circuito siguiente.
Red divisora de tensión
Ahora sabemos que el valor de la reactancia de un condensador, Xc (su impedancia compleja) cambia con respecto a la frecuencia aplicada. Si ahora cambiamos la resistencia R2 anterior por un condensador, la caída de tensión a través de los dos componentes cambiaría al variar la frecuencia porque la reactancia del condensador afecta a su impedancia.
La impedancia de la resistencia R1 no cambia con la frecuencia. Las resistencias tienen valores fijos y no se ven afectadas por el cambio de frecuencia. Entonces el voltaje a través de la resistencia R1 y por lo tanto el voltaje de salida está determinado por la reactancia capacitiva del condensador a una frecuencia dada. El resultado es un circuito divisor de tensión RC dependiente de la frecuencia. Con esta idea en mente, se pueden construir filtros pasivos de paso bajo y paso alto sustituyendo una de las resistencias del divisor de tensión por un condensador adecuado, como se muestra.
Filtro de paso bajo
Filtro de paso alto Filtro
La propiedad de Reactancia Capacitiva hace que el condensador sea ideal para su uso en circuitos de filtrado de CA o en circuitos de suavización de la fuente de alimentación de CC para reducir los efectos de cualquier tensión de ondulación no deseada, ya que el condensador aplica una ruta de señal de cortocircuito a cualquier señal de frecuencia no deseada en los terminales de salida.
Resumen de la reactancia capacitiva
Así, podemos resumir el comportamiento de un condensador en un circuito de frecuencia variable como una especie de resistencia controlada por la frecuencia que tiene un alto valor de reactancia capacitiva (condición de circuito abierto) a frecuencias muy bajas y un bajo valor de reactancia capacitiva (condición de cortocircuito) a frecuencias muy altas, como se muestra en el gráfico anterior.
