Capacitador, Tipos de capacitadores
Un dispositivo que almacena carga de forma temporera, luego libera la carga cuando está en un circuito cerrado. Por lo tanto, en un circuito sin fuente de potencia, un capacitor actúa como una fuente temporera. A los capacitores también se les llama condensadores.
Un capacitador es un dispositivo formado por dos conductores ó armaduras, generalmente en forma de placas o láminas,
separados por un material dieléctrico, que sometidos a una diferencia
de potencial adquieren una
determinada carga eléctrica.
También llamado condensador es un
conjunto de dos superficies conductoras en influencia total, usualmente
separadas por un medio dieléctrico, que sirve para almacenar energía
eléctrica.
Condensadores de cerámica
Son capacitores en donde las inductancias parásitas y las pérdidas son casi nulas. La constante dieléctrica de estos elementos es muy alta (de 1000 a 10,000 veces la del aire)
- Algunos tipos de cerámica permiten una alta permisividad y se alcanza altos valores de capacitancia en tamaños pequeños, pero tienen el inconveniente que son muy sensibles a la temperatura y a las variaciones de voltaje.
Condensadores de lámina de plástico
- Láminas de plástico y láminas metálicas intercaladas: Estos tipos de capacitores son generalmente más grandes que los de lámina metalizada, pero tienen una capacitancia más estable y mejor aislamiento.
- Lámina metalizada: Tiene la lámina metálica depositada directamente en la lámina de plástico. Estos capacitores tienen la cualidad de protegerse a si mismos contra sobre voltajes. Cuando esto ocurre aparece un arco de corriente que evapora el metal eliminando el defecto.
Condensadores de mica:
Capacitores que consisten de hojas de mica y aluminio colocados de manera alternada y protegidos por un plástico moldeado. Son de costo elevado. Tiene baja corriente de fuga (corriente que pierden los condensadores y que hacen que este pierda su carga con el tiempo) y alta estabilidad. Su rango de valores de va de los pF a 0.1 uF.
Condensadores electrolíticos: Estos capacitores pueden tener capacitancias muy altas a un precio razonablemente bajo. Tienen el inconveniente de que tienen alta corriente de fuga y un voltaje de ruptura bajo. Son polarizados y hay que tener cuidado a hora de conectarlos pues pueden estallar si se conectan con la polaridad invertida. Se utilizan principalmente en fuentes de alimentación.
Físicamente estos elementos constan de un tubo de aluminio cerrado, en donde está el capacitor. Tienen una válvula de seguridad que se abre en el caso de que el electrolito entre en ebullición, evitando así el riesgo de explosión.
Condensadores de tantalio:
Son polarizados por lo que hay que tener cuidado a la hora de conectarlo.
Valores de capacitancia existentes en el mercado con sus respectivos voltajes
La siguiente tabla muestra los diferentes rangos de valores de capacitancia para algunos tipos de condensadores / capacitores, así como su tipo de dieléctrico y tensión de ruptura.
Voltaje de ruptura de un condensador eléctrico: El voltaje de ruptura es aquel voltaje máximo que se puede aplicar a los terminales del capacitor. Si se sobrepasa, el dieléctrico se puede perforar provocando un corto circuito.
Dieléctrico
Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente, y su función es aumentar la capacitancia del capacitor. Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tienen diferentes grados de permitividad (diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico. Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador eléctrico.
La capacitancia de un condensador está dada por la fórmula:
C = Er x A / d
Es de gran importancia ya que al ser un mal conductor de electricidad puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico exterior, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suele confundirse. Todos los materiales dieléctricos son asilaste pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.
Los parámetros importantes de los dieléctricos.
· Conductividad o su inversa Resistividad: La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto, y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1·m-1. Usualmente la magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico y la densidad de corriente de conducción:
· Constante dieléctrica o Permitividad: La constante dieléctrica o permitividad relativa de un medio continuo es una propiedad macroscópica de un medio dieléctrico relacionado con la permitividad eléctrica del medio. En comparación con la velocidad de la luz, la rapidez de las ondas electromagnéticas en un dieléctrico es:
Donde c es la velocidad de la luz en el vacío y v es la velocidad de la onda electromagnética en el medio con permitividad relativa
Gráficamente la anatomía de un capacitor
y sus propiedades interiores
Un capacitor está formado de 2 placas una enfrente de la otra. Las
placas se cargan con cargas eléctricas. Una placa es positiva y la otra negativa.
Entre las 2 placas cargadas aparece un campo eléctrico. Sería algo así:
Fórmula de un campo eléctrico en los capacitores
Como las placas del capacitor estan cargadas, entre ellas se forma
un campo electrico. Este campo electrico vale :
En esta formula, A es el area de una de las placas ( va en m2 ). Q
es la carga de una de las placas ( va en Coulomb ). ε0 y εr son :
Si dos puntos que tienen una diferencia
de potencial se unen mediante un conductor, se
producirá un flujo de corriente eléctrica. Parte de
la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del
conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará
cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico.
Que dos puntos tengan igual
potencial eléctrico no significa que tengan igual carga.
La diferencia
de potencial entre dos puntos (1 y 2) de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza
dicho campo sobre la unidad de carga positiva para transportarla desde el punto 1 al punto 2.
Es independiente del camino
recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial de los puntos 1 y 2 en el
campo; se expresa por la fórmula:
Donde:
V1
- V2 es la diferencia de potencial
E es la
Intensidad de campo en newton/culombio
r es la
distancia en metros entre los puntos 1 y 2
Igual que el potencial, en el Sistema Internacional de Unidades la
diferencia de potencial se mide en voltios.
industrial que se les da a los capacitores
En el área industrial
eléctrica: para corregir el factor de potencia del suministro de electricidad.
En el área ind.
Electrónica: para eliminar ruido eléctrico a la salida de los equipos, atenuar
variaciones de voltaje y para eliminar los picos de corriente generados durante
el arranque de equipos industriales.
Capacitores
de trabajo duales
Capacitores de
trabajo con dos valores de capacitancia para aplicaciones que requieren de dos
capacitores en uno: la capacitancia más grande para el compresor y la más
pequeña para el motor. Capacitores duales son utilizados para trabajar con
aplicaciones que requieren dos capacitores en uno; siendo posible realizar varias
conexiones paralelas de capacitores para cubrir diferentes rangos.
Tipos
de capacitores (placas paralelas, electrolíticos, Variables).
Variables: Un tipo especial es el de mica que tiene una capacidad
inferior a 500 mmf. , Consiste en dos placas separadas por una lámina de mica.
Para acerca las placas se utilizan un tornillo; ajustando este tornillo
se modifica la capacitancia del condensador. Esta clase de condensador se
construye a veces adentro de un condensador variable de aire más grande, para
usar en paralelo con el capacitor variable más grande y ofrecer un ajuste de
capacitancia más exacto.
Electrolíticos: Se hacen de formas y tamaños sumamente variables, con recipientes de
cartón o metálicos y distintos tipos de terminales. Son empleados para
capacidades superiores a 1mfd. A diferencia de otros condensadores este está
polarizado y si se conecta mal se rompe y hace corto circuito.
Placas paralelas: Consiste básicamente en dos placas puestas en paralelo,
una de la otra, y a la vez separadas por un material aislante sea este aire o
vació. Si bien los más primitivos se hacían con placas de metal sólidas, los modernos
son hechos con hojas metálicas particularmente de aluminio.
carga
y descarga de un condensador
Proceso de
carga:
Cuando el interruptor se mueve a A, la corriente I
sube bruscamente (como un cortocircuito) y tiene el valor de I = E / R amperios
(como si el condensador no existiera momentáneamente en este circuito serie
RC), y poco a poco esta corriente va disminuyendo hasta tener un valor de cero
(ver el diagrama inferior).
El voltaje en el condensador no varía
instantáneamente y sube desde 0 voltios hasta E voltios (E es el valor de la
fuente de corriente directa conectado en serie con R y C, ver diagrama 1).
El tiempo que se tarda el voltaje en el condensador
(Vc) en pasar de 0 voltios hasta el 63.2 % del voltaje de la fuente está dato
por la fórmula T = R x C donde R está en Ohmios y C en
Milifaradios y el
resultado estará en milisegundos.
Después de 5 x T (5 veces T) el voltaje ha subido
hasta un 99.3 % de su valor final
Al valor de T se le llama "Constante de
tiempo" ;Analizan los dos gráficos se puede ver que están
divididos en una parte transitoria y una parte estable. Los valores de Ic y Vc
varían sus valores en la parte transitoria (aproximadamente 5 veces la
constante de tiempo T), pero no así en la parte estable.
Los valores de Vc e Ic en cualquier momento se
pueden obtener con las siguientes fórmulas:
Vc = E + ( Vo - E) x e-T/ t ,
Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos
casos es 0 Voltios)
Ic = ( E - Vo ) x e-T/ t/ R
Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos
casos es 0 Voltios)
VR = E x e-T/ t Donde : T = R x C
Proceso
descarga:
El interruptor está en B.
Entonces el voltaje en el condensador Vc empezará a
descender desde Vo (voltaje inicial en el condensador). La corriente tendrá un
valor inicial de Vo / R y disminuirá hasta llegar a 0 (cero voltios).
Los valores de Vc e I en cualquier momento se
pueden obtener con las siguientes fórmulas:
Vc = Vo x e-t / T I = -(Vo / R) e-t
/ T
Donde: T = RC es la constante de tiempo
NOTA: Si el condensador había sido previamente
cargado hasta un valor E, hay que reemplazar Vo en las fórmulas con E
La energía almacenada en un capacitor o condensador y sus formulas.
En
condensador eléctrico es un
dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado
dieléctrico.
Un
dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente.
El
condensador eléctrico o capacitor
eléctrico almacena energía en la forma de un campo eléctrico
(es evidente cuando el capacitor funciona
con corriente directa)
y se llama capacitancia o
capacidad a la
cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar.
El
símbolo del capacitor se muestra
a continuación:
El valor de la capacidad de un
condensador viene definido por la siguiente fórmula:
en donde:
Nótese que en la definición de
capacidad es indiferente que se considere la carga de la placa positiva o la de
la negativa, ya que
Aunque por convenio se suele
considerar la carga de la placa positiva.
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