Reactancia inductiva y capacitiva
Qué es la reactancia
La reactancia es la oposición que presentan inductores y capacitores al paso de corriente alterna. A diferencia de la resistencia (que disipa energía como calor), la reactancia almacena energía temporalmente en campos magnéticos (inductores) o eléctricos (capacitores). La reactancia inductiva XL = 2πfL aumenta con la frecuencia: a mayor frecuencia, el inductor se opone más. La reactancia capacitiva XC = 1/(2πfC) disminuye con la frecuencia: a mayor frecuencia, el capacitor conduce más fácilmente.
Impedancia y ángulo de fase
La impedancia Z es la combinación de resistencia y reactancia: Z = √(R² + X²), donde X = XL - XC es la reactancia neta. El ángulo de fase φ = arctan(X/R) indica el desfase entre tensión y corriente: φ > 0 → inductivo (corriente atrasa a la tensión), φ < 0 → capacitivo (corriente adelanta a la tensión), φ = 0 → resistivo puro o resonancia. El factor de potencia cos φ = R/Z mide qué fracción de la potencia aparente se convierte en trabajo útil.
Resonancia serie
Cuando XL = XC, la reactancia neta es cero y el circuito está en resonancia. La frecuencia de resonancia es: f₀ = 1/(2π√LC). En resonancia, la impedancia es mínima (Z = R), la corriente es máxima, y las tensiones en el inductor y capacitor pueden ser mucho mayores que la tensión de alimentación (factor de calidad Q = XL/R). La resonancia puede ser destructiva en instalaciones eléctricas: si un banco de capacitores resuena con la inductancia de la red a una frecuencia armónica, las corrientes armónicas se amplifican enormemente.
Aplicaciones en instalaciones
En instalaciones eléctricas, la reactancia aparece en: cables largos (reactancia inductiva ~0.08 mΩ/m que limita la Icc), transformadores (reactancia de dispersión que causa caída de tensión), motores (reactancia del estator que limita la corriente de arranque), bancos de capacitores (reactancia capacitiva que compensa la reactiva), filtros de armónicos (combinación LC sintonizada a frecuencias específicas). Comprender la reactancia es fundamental para dimensionar protecciones, calcular caídas de tensión y diseñar sistemas de compensación.
Filtros de armónicos sintonizados: diseño LC para industria argentina
Los filtros pasivos de armónicos son la aplicación más directa de la reactancia en la práctica industrial argentina. Un filtro sintonizado serie (L + C) tiene impedancia mínima a su frecuencia de resonancia, ofreciendo un camino de baja impedancia para la corriente armónica y desviándola de la red. Los armónicos más problemáticos en redes argentinas son: 5° (250 Hz, generado por rectificadores de 6 pulsos, variadores de frecuencia, UPS), 7° (350 Hz), 11° y 13° (550 y 650 Hz, en rectificadores de 12 pulsos). El cálculo del filtro para absorber el 5° armónico es: f₅ = 250 Hz → se sintoniza ligeramente por debajo (240-245 Hz) para evitar que la derivación térmica dessintonice el filtro hacia un armónico exacto. LC a 245 Hz: si Qc = 50 kVAr a 380V → C = Qc/(2πf₁V²) = 50,000/(2π×50×380²) = 1.1 mF, XC₅ = 1/(2π×250×1.1×10⁻³) = 0.58Ω, entonces L = XC₅/(2π×245)² / (2π×245) → L ≈ 0.38 mH. El filtro también proporciona compensación de reactiva a 50 Hz (como un banco de capacitores con reactancia). Los fabricantes argentinos (como Elecond, Electronor) y multinacionales (Schneider AccuSine, ABB PQF, WEG) ofrecen filtros preconfigurados para las potencias y configuraciones más comunes.
Reactancia de transformadores: impacto en regulación de tensión y protecciones
La reactancia del transformador (componente principal de Zcc%) tiene efectos cruciales que todo proyectista debe considerar: (1) Regulación de tensión: un transformador de Ucc = 5% significa que, a plena carga con cos φ = 0.8, la tensión de salida cae ~4% respecto a vacío. En zonas de la red argentina con tensión ya baja (215-220V en lugar de 230V), esta caída puede llevar la tensión por debajo del mínimo admisible para motores (207V = -10%). La reactancia contribuye más a la caída de tensión con cargas inductivas (motores) que con cargas resistivas (calefactores). (2) Corriente de cortocircuito: un transformador de menor Ucc (4% vs 6%) entrega mayor Icc (25 kA vs 16.7 kA para un trafo de 600 kVA), requiriendo protecciones de mayor poder de corte. Las distribuidoras argentinas (Edenor, Edesur) proporcionan los datos de Scc y Icc en el punto de acometida para que el proyectista dimensiones las protecciones. (3) Corriente de energización (inrush): al energizar un transformador en vacío, la corriente puede alcanzar 8-12 veces la nominal durante el primer ciclo. Esta corriente tiene alto contenido de 2° armónico, que puede disparar relés diferenciales. Los relés de protección de transformadores incluyen bloqueo por 2° armónico para evitar disparos intempestivos. (4) Impedancia de secuencia cero: en transformadores con conexión Dyn (delta-estrella con neutro accesible, la más común en distribución argentina), la impedancia de secuencia cero es aproximadamente igual a Zcc. Esto permite calcular la corriente de cortocircuito monofásica (fase-neutro), que en sistemas Dyn es ≈ igual a la trifásica.
Preguntas frecuentes
¿Por qué XL aumenta con la frecuencia pero XC disminuye?
Un inductor se opone a los CAMBIOS de corriente (Ley de Lenz). A mayor frecuencia, la corriente cambia más rápido, y el inductor genera más fuerza contraelectromotriz → mayor oposición (XL = 2πfL crece). Un capacitor acumula carga. A mayor frecuencia, cada semiciclo es más corto, la carga acumulada es menor, y el capacitor "parece" una impedancia menor → menor oposición (XC = 1/(2πfC) decrece). En DC (f=0): XL = 0 (cortocircuito) y XC = ∞ (circuito abierto).
¿Qué pasa si conecto un capacitor directamente a la red 50 Hz?
El capacitor tomará una corriente determinada por su reactancia: I = V/XC. Ejemplo: capacitor de 100 μF a 220V/50Hz → XC = 1/(2π×50×100×10⁻⁶) = 31.8Ω → I = 220/31.8 = 6.9A. Esta corriente es puramente reactiva (adelanta 90° a la tensión) y no produce calentamiento significativo en el capacitor. Es el principio de la compensación de reactiva: el capacitor inyecta corriente capacitiva que cancela la corriente inductiva de los motores.
¿La reactancia de un cable afecta en baja tensión?
Sí, pero su impacto depende de la sección del conductor. Para cables menores a 50mm², la resistencia domina y la reactancia es despreciable en el cálculo de caída de tensión. Para cables de 95mm² o más, la reactancia inductiva (~0.08 mΩ/m) se vuelve comparable a la resistencia y DEBE incluirse. En el cálculo de cortocircuito, la reactancia siempre debe considerarse para cables de gran sección, porque subestimar la impedancia resulta en sobreestimar la Icc (que puede llevar a sobredimensionar las protecciones innecesariamente).
¿Qué es el filtro de dessintonización para bancos de capacitores?
Un filtro de dessintonización (detuned filter) es una reactancia inductiva conectada en serie con cada paso del banco de capacitores. La inductancia se dimensiona para que la frecuencia de resonancia del conjunto LC esté por debajo del menor armónico presente en la red (generalmente < 200 Hz, para evitar resonancia con el 5° armónico a 250 Hz). El valor de la reactancia se expresa como porcentaje de XC: reactancia de 7% → fr ≈ 189 Hz (estándar para redes con alto contenido armónico), reactancia de 14% → fr ≈ 134 Hz (para redes muy contaminadas). En Argentina, los bancos de capacitores instalados en fábricas con variadores de frecuencia DEBEN incluir reactancia de dessintonización (mínimo 7%) para evitar la destrucción de los capacitores por amplificación armónica. Las marcas WEG UCW-R, Schneider VarSet, ABB CLMD incluyen esta opción de fábrica.
¿Cómo calculo la frecuencia de resonancia de mi instalación?
La frecuencia de resonancia paralela entre la red y el banco de capacitores se calcula como: fr = f₁ × √(Scc/Qc), donde f₁ = 50 Hz, Scc es la potencia de cortocircuito trifásica en el punto de instalación (dato de AEA 90364-4-43 o proporcionado por la distribuidora), y Qc es la potencia reactiva total del banco. Si fr coincide con un armónico (250, 350, 550, 650 Hz), hay riesgo de resonancia. Ejemplo de peligro: fábrica con Scc = 5 MVA, banco de Qc = 200 kVAr → fr = 50 × √(5000/200) = 50 × 5 = 250 Hz = 5° armónico. Esta instalación resonará con el 5° armónico y los capacitores se destruirán en días o semanas. Solución: agregar reactancia de 7% que baja fr a 189 Hz.
¿La reactancia importa para calcular la protección de un circuito domiciliario?
En circuitos domiciliarios con cables de 1.5-4mm², la reactancia es despreciable (<3% de la impedancia total) y puede ignorarse sin error significativo. La impedancia es prácticamente igual a la resistencia. Sin embargo, en la acometida de un edificio (cable de 50-240mm² desde el transformador de la distribuidora hasta el tablero general), la reactancia representar 15-40% de la impedancia, y DEBE incluirse para: calcular la corriente de cortocircuito correcta en el tablero general, verificar que el poder de corte de los interruptores es suficiente, y dimensionar la protección de respaldo (fusibles NH). Para el cálculo, use las tablas de impedancia de AEA 90364 o del catálogo del fabricante del cable (Pirelli/Prysmian, Imsa, Cables de Energía del MERCOSUR).