Calculadora de Impedancia Eléctrica

La impedancia eléctrica es una propiedad fundamental en los circuitos de corriente alterna que indica la oposición total al flujo de electrones. En términos sencillos, la impedancia mide la resistencia y reactividad de un componente o circuito a una determinada frecuencia.

Calculadora de Impedancia Eléctrica


Fórmula: Z = √(R² + (XL – XC)²)

Donde: Z es la impedancia total, R es la resistencia, XL es la reactancia inductiva, y XC es la reactancia capacitiva.

Instrucciones: Introduce los valores de resistencia, reactancia inductiva y reactancia capacitiva en los campos correspondientes y haz clic en «Calcular» para obtener la impedancia eléctrica.

Calcular correctamente este valor es esencial en una amplia variedad de aplicaciones, desde el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos hasta el diseño de sistemas de transmisión y antenas.

Por ejemplo, al diseñar un filtro para audio es indispensable conocer la impedancia de los componentes reactivos en el rango de frecuencias de audio.

En este artículo presentaremos una completa guía sobre el concepto de impedancia eléctrica, su cálculo y la utilidad de herramientas online como la calculadora de impedancia para obtener resultados precisos de forma rápida y sencilla.

¿Qué es la impedancia eléctrica?

La impedancia (Z) es la oposición total de un circuito eléctrico al paso de una corriente alterna a una frecuencia dada. Se mide en ohms (Ω) y es un número complejo que cuenta con una parte real (resistencia) y una parte imaginaria (reactancia).

Impedancia

donde:

  • Z es la impedancia total.
  • R es la resistencia.
  • XL​ es la reactancia inductiva.
  • XC​ es la reactancia capacitiva.

La impedancia generaliza el concepto de resistencia de corriente directa (CD) a circuitos de corriente alterna (CA), donde los componentes también almacenan energía en campos eléctricos y magnéticos. Estos últimos se oponen al flujo de corriente de forma diferente según la frecuencia, a esto se le conoce como reactancia.

Los dos componentes básicos con los que se construyen la mayoría de circuitos CA son:

  • Inductor: Presenta reactancia inductiva (XL) que aumenta con la frecuencia. Depende del valor de inductancia (L) medida en henrios (H).
  • Capacitor: Ofrece reactancia capacitiva (XC) que disminuye al subir la frecuencia. Depende del valor de capacitancia (C) en faradios (F).
Grafica Impedancia

La impedancia de circuitos con resistores, inductores y capacitores se representan como números complejos en el llamado Plano de Impedancia. El eje X indica la parte real (resistencia R) y el eje Y la parte imaginaria o reactiva (X).

¿Qué es la Reactancia Inductiva?

La reactancia inductiva (XL) es la oposición de un inductor o bobina al paso de corriente alterna (CA) en un circuito eléctrico. Depende del valor de inductancia del componente y de la frecuencia de la señal aplicada.

Matemáticamente, la reactancia inductiva se expresa así:

XL = 2πfL

Donde:

  • XL: Reactancia inductiva en ohms (Ω)
  • f: Frecuencia de la señal en hertz (Hz)
  • L: Inductancia en henrios (H)

Cuando la corriente alterna pasa por un inductor, éste genera un campo magnético variable que induce una fuerza electromotriz que se opone a los cambios en la corriente. Esa oposición al paso de electrones es la que se conoce como reactancia inductiva.

A mayor frecuencia de la señal alterna, el campo magnético del inductor cambia más rápidamente y por lo tanto genera una mayor oposición u «reactancia». De igual forma, mientras mayor sea el valor de inductancia, mayor será esa reactancia inductiva.

La reactancia inductiva se debe tener en cuenta al calcular la impedancia total de circuitos con inductores bajo corriente alterna. Junto a la resistencia componen la impedancia compleja de componentes como transformadores, bobinas de choque, u otros dispositivos inductivos en electrónica.

¿Qué es la reactancia Capacitiva?

La reactancia capacitiva (XC) es la oposición que presenta un capacitor o condensador al paso de corriente alterna (CA) en un circuito eléctrico. Depende del valor de capacitancia del componente y de la frecuencia de la señal aplicada.

Matemáticamente se expresa así:

XC = 1/(2πfC)

Donde:

  • XC: Reactancia capacitiva en ohms (Ω)
  • f: Frecuencia de la señal en hertz (Hz)
  • C: Capacitancia en faradios (F)

Cuando una corriente alterna pasa por un capacitor, la variación del voltaje genera una corriente a través de éste que carga y descarga sus placas constantemente. Ese efecto de carga/descarga hace que el capacitor se oponga al flujo de electrones, oponiendo la reactancia capacitiva.

A mayor frecuencia, el capacitor se carga y descarga con mayor rapidez, generando una mayor reactancia. Por otra parte, a mayor capacitancia, se requiere más carga para elevar el voltaje, por lo que la reactancia disminuye.

Es importante considerar la reactancia capacitiva cuando se calcula la impedancia de circuitos de CA con capacitores, por ejemplo en circuitos de filtrado, crossover de audio, rectificadores controlados, y muchas otras aplicaciones electrónicas.

La reactancia capacitiva tiene efectos opuestos a la inductiva, y ambas componen junto con la resistencia los valores complejos de impedancia característicos de los sistemas de CA.

¿Cómo se calcula la impedancia eléctrica?

Existen ecuaciones que permiten determinar el valor de impedancia de componentes individuales y la impedancia total de circuitos combinados en serie o paralelo.

Impedancia de un resistor

La resistencia es independiente de la frecuencia, por lo que la impedancia de un resistor es igual a su resistencia:

Zresistor = R

Impedancia de un inductor

Depende de la frecuencia angular (ω) y la inductancia:

ZL = ωL = 2πfL

Donde:

  • ω = 2πf
  • f es la frecuencia en Hz
  • L es la inductancia en henrios (H)

Impedancia de un capacitor

También depende de ω y el valor de capacitancia:

Zc = 1/(ωC) = 1/(2πfC)

Donde:

  • C es la capacitancia en faradios (F)

Impedancia de componentes en serie

Se suman los valores complejos de impedancia:

ZT = Z1 + Z2 + … + Zn

Impedancia de componentes en paralelo

Se aplican las fórmulas de admitancia:

1/ZT = 1/Z1 + 1/Z2 + … + 1/Zn

Estas ecuaciones permiten, por ejemplo, determinar la impedancia total de un circuito RLC en paralelo o en serie.

La ley de Ohm también se aplica a CA al utilizar el concepto de impedancia:

V = I • Z

Donde:

Veamos algunos ejemplos prácticos de cálculo de impedancia en diferentes tipos de circuitos CA:

Ejemplo 1: Determinar la impedancia de un inductor de 10 mH a la frecuencia de 60 Hz.

Datos:

L = 10 mH = 0.01 H
f = 60 Hz Reemplazando:

ZL = 2πfL = (2π)(60 Hz)(0.01 H) = 37.68 Ω


Ejemplo 2: Obtener la impedancia de un capacitor de 4700 μF en un circuito con una frecuencia de 5 kHz.

Datos:

C = 4700 μF = 0.0047 F

f = 5 kHz = 5000 Hz
Reemplazando:

ZC = 1/(2πfC) = 1/(2π(5000 Hz) (0.0047 F)) = 680 Ω


Ejemplo 3: Encontrar la impedancia total de un circuito con los siguientes elementos en serie:

  • Resistor 33 Ω
  • Bobina de 5 mH
  • Capacitor de 100 nF

A una frecuencia de 20 kHz

Resolución:

Datos:

R = 33 Ω L = 5 mH = 0.005 H
C = 100 nF = 100 x 10-9 F = 0.00000001 F
f = 20 kHz = 20000 Hz
ZR = 33 Ω
ZL = 2πfL = (2π)(20000 Hz)(0.005 H) = 6283 Ω
ZC = 1/(2πfC) = 1/(2π(20000 Hz)(0.00000001 F)) = 796 Ω

Reemplazando en ZT = Z1 + Z2 + … + Zn

ZT = 33 Ω + 6283 Ω + 796 Ω = 7112 Ω


Importancia de la impedancia en ingeniería eléctrica

El análisis de impedancia es indispensable en una diversidad de aplicaciones de ingeniería, especialmente en el campo de la electricidad y electrónica. Veamos algunos usos destacados:

  • Análisis de circuitos eléctricos: Permite estudiar circuitos RLC para determinar respuesta de frecuencia, filtrado de señales y efectos de resonancia.
  • Diseño de circuitos electrónicos: Se estudia la adaptación de impedancias entre etapas para lograr máxima transferencia de potencia o impedancia de entrada/salida requerida.
  • Líneas de transmisión y antenas: El análisis de impedancia es crucial para evitar reflexiones y transmisión eficiente de señales.
  • Instrumentación y mediciones eléctricas: Muchos problemas e incertidumbre de medición se relacionan con desadaptación de impedancias.

Como puede verse, existen diversos campos donde un cálculo certero de la impedancia resulta indispensable tanto en el análisis teórico como en la implementación física de los sistemas.

Calculadora de impedancia eléctrica

Para simplificar los cálculos de impedancia presentados anteriormente, existe una excelente herramienta online gratuita llamada Calculadora de Impedancia al inicio de este artículo.

Conclusión

En este artículo hemos explorado el importante concepto de impedancia eléctrica, viendo su definición, formas de cálculo y múltiples aplicaciones en ingeniería. Determinar este valor complejo es esencial en circuitos de corriente alterna.

También presentamos la utilidad de la Calculadora de Impedancia, una herrramienta online que permite de manera sencilla y con solo introducir los valores de los componentes, obtener al instante el resultado de impedancia ,ahorrando tiempo y evitando errores.

Se recomienda ampliamente aprovechar esta excelente herramienta gratuita para mejorar los procesos de análisis y diseño de circuitos eléctricos y electrónicos que involucran el cálculo de impedancias. Los beneficios de precisión, velocidad y facilidad de uso son indudables.

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Felipe Argüello
Felipe Argüello

Felipe Arguello es el fundador de Infoteknico. Es un reconocido ingeniero especializado en sistemas de seguridad electrónica con una trayectoria de más de 30 años. Con un enfoque multidisciplinario, respaldado por su educación en Ingeniería Civil, Ingeniería Eléctrica y Protección Contra Incendios, y con múltiples certificaciones profesionales, ha liderado la implementación de soluciones de seguridad integral de importantes corporaciones en más de 25 países de América y Europa.

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