Como calcular la impedancia de un circuito RLC serie AC
Calcula impedancia Z, desfase phi, factor Q y frecuencia resonancia f_0 de circuito RLC serie AC. Reactancias XL XC, potencia activa/reactiva/aparente, power factor. Ejemplos 50 Hz España.
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Como calcular la impedancia de un circuito RLC serie: en régimen sinusoidal, la impedancia compleja Z = R + jX donde la reactancia neta X = X_L - X_C, con X_L = omega*L (inductiva) y X_C = 1/(omega*C) (capacitiva), omega = 2*pi*f. Modulo |Z| = sqrt(R^2 + X^2) (Ohm), desfase phi = arctan(X/R) (grados). Frecuencia resonancia f_0 = 1/(2*pi*sqrt(L*C)). Factor calidad Q = (1/R)*sqrt(L/C); ancho banda BW = f_0/Q. Power factor cos(phi). Fundamental para filtros, alimentadores, osciladores, motores, red eléctrica 50 Hz España, RF telecom, REBT BOE.
Fórmulas circuito RLC
Reactancias: X_L = omega*L. X_C = 1/(omega*C). A 50 Hz, 100 mH X_L = 31,4 Ohm; 10 uF X_C = 318 Ohm.
Impedancia serie: Z = R + j*(X_L - X_C). |Z| = sqrt(R^2 + (X_L - X_C)^2). phi = arctan((X_L - X_C)/R). X_L > X_C inductivo, X_L < X_C capacitivo, X_L = X_C resonancia.
Resonancia: f_0 = 1/(2*pi*sqrt(L*C)). L=100 mH, C=10 uF: f_0 = 159 Hz. AM 1 MHz: L = 250 uH, C = 100 pF.
Factor calidad: Q = (1/R)*sqrt(L/C). FM Q ≈ 100, oscilador cuarzo Q = 10.000-100.000. BW = f_0/Q.
Potencias AC: P_activa (W) = V*I*cos(phi). Q_reactiva (VAR) = V*I*sin(phi). S_aparente (VA) = sqrt(P^2 + Q^2). PF = P/S. Motores PF 0,7-0,8 requieren corrección CNMC penalties.
Historia y contexto
Las bases de la teoría de circuitos AC fueron desarrolladas por Charles Proteus Steinmetz (General Electric) entre 1893-1898 con el concepto de numero complejo (j-operator). Oliver Heaviside (1880s, UK) introdujo calculo operacional. Edwin Armstrong (1912) inverto superheterodino. IEC 60038 normaliza tensiones (230 V España, 110 V US). Frecuencias: 50 Hz Europa/Asia/Africa/Australia (Tesla 1888), 60 Hz Americas. Industria global aparatos electricos > 1.500 mil millones USD/ano. España: REBT BOE-A-2002-18099, Reglamento Electrotecnico Baja Tensión. Iberdrola, Endesa principales utility. CNMC supervisa mercado.
Tabla aplicaciones tipicas
- Red 50 Hz España: 230 V monofasica, 400 V trifasica, REBT
- Filtro alimentador PC: LC 100 uH/470 uF cutoff ~24 kHz
- Radio AM: f0 530-1700 kHz, Q 50-100
- Radio FM: f0 88-108 MHz, Q ≈ 100
- Wi-Fi 2,4 GHz: filtros Q ≈ 50-100
- NFC 13,56 MHz: L=2 uH, C=68 pF
- Cuarzo: Q = 10.000-100.000
- SMPS PFC: PF 0,99 IEC 61000-3-2
- Motor asincrono: PF 0,7-0,85 (corrección C > 0,9)
- Penalties CNMC: PF < 0,9 comercial
Ejemplos numericos
Ejemplo 1 - circuito industrial 50 Hz España. R=100 Ohm, L=50 mH, C=10 uF, V=230 V (REBT). X_L=15,7, X_C=318, X=-302,3 capacitivo. |Z|=318,4. phi=-71,6°. PF=0,314. I=0,72 A. P=52 W.
Ejemplo 2 - resonancia serie. R=10, L=100 mH, C=100 uF. f_0=50,3 Hz. Q=3,16. BW=15,9 Hz. Filtro band-pass 50 Hz.
Ejemplo 3 - filtro low-pass SMPS. L=100 uH, C=470 uF. f_cutoff=734 Hz. A 100 kHz: -44 dB. UNE-EN IEC 60950 seguridad.
Ejemplo 4 - motor trifasico 400 V España. 5 kW PF=0,75. Q_reactiva=4400 VAR. CNMC penalties PF<0,9: condensador C=44 uF trifasico. Reduce penalties, perdidas línea.
Ejemplo 5 - antena FM 100 MHz. Lambda/4 = 75 cm. L=0,5 uH, C=5 pF, R=50 Ohm RG-58. f_0=100,6 MHz. Q=6,3. BW=15,8 MHz cubre FM 88-108. CNAF Cuadro Atribución Frecuencias.
Limitaciones
- Solo régimen sinusoidal estacionario.
- Componentes ideales (DCR, ESR reales).
- Frecuencias altas: parasitos.
- No lineal: nucleo ferromagnetico saturación.
- EMC armonicas IEC 61000-3-2.
- Resonancia no deseada líneas (UNE-EN 50160).
- Diseno PFC condensadores.
- Tolerancia frecuencia 50,0 Hz +/- 1%.
- SMD vs through-hole ESL.
- 3 fases secuencias Fortescue.
Errores comunes
- Confundir X con Z.
- Sumar X_L y X_C linealmente.
- Q sin frecuencia.
- Ignorar DCR transformador.
- cos(phi) con eficiencia.
- I picco vs I_RMS.
- Saturar inductor DC bias.
- Tolerancias 5-20% componentes.
- Efecto temperatura.
- Fórmulas serie en paralelo.
Aplicaciones practicas
- Red eléctrica: Iberdrola, Endesa, REBT, CNMC.
- Alimentadores: SMPS PFC, IEC 61000-3-2.
- Radio/TV: AM/FM/DAB+ tuner.
- Wi-Fi/Bluetooth/NFC: matching network.
- Motores industriales: condensadores corrección.
- Iluminación: ballast fluorescente, LED driver.
- Filtros audio: ecualizadores, crossover.
- Instrumentación: osciloscopios.
- Carga VE: convertidor AC-DC.
- VE: motores AC trifasicos SEAT, BYD.
Soporte
Preguntas: info@calcoi.com. Aplicaciones profesionales: Sedra-Smith 8a ed (Oxford 2020), Hayt-Kemmerly 9a ed (McGraw-Hill 2018), REBT BOE España, IEC 60038, software SPICE/LTspice.
Actualizado a julio de 2026
Preguntas frecuentes
Que mide la reactancia X en circuito AC?
Que significa resonancia en circuito RLC?
Diferencia entre Q alto y Q bajo?
Power factor PF: por que es importante?
Resonancia serie vs paralelo: diferencias?
Como elegir R para obtener Q deseado?
Resonancia no deseada en lamparas fluorescentes?
Fórmula
X_L = omega*L, X_C = 1/(omega*C), omega = 2*pi*f
|Z| = sqrt(R^2 + (X_L - X_C)^2)
phi = arctan((X_L - X_C)/R)
f_0 = 1/(2*pi*sqrt(L*C))
Q = (1/R)*sqrt(L/C)
BW = f_0 / Q
I = V / |Z|
P_attiva = I^2*R, S_apparente = V*I, PF = cos(phi)
Steinmetz 1893; Heaviside 1880s; IEC 60038; IEEE 519
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