CAPACITOR
DEFINICION
Un condensador eléctrico (también conocido frecuentemente con
el anglicismo capacitor,
proveniente del nombre equivalente en inglés) es un dispositivo pasivo,
utilizado en electricidad y electrónica, capaz
de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras,
generalmente en forma de láminas o placas,
en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a
la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío . Las placas, sometidas a una diferencia de potencial,
adquieren una determinada carga eléctrica,
positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de
carga total.
Aunque desde el punto de vista
físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino
simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento
"capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la
misma energía que cede después durante el periodo de descarga.
La capacitancia de
mide en unidades llamadas faradios, en honor al célebre científico inglés Michael Faraday, quién descubrió del fenómeno de la inducción electromagnética y realizó trabajos importantes en electroquímica.
Un faradio se puede
definir como la capacidad que tiene que tener un conductor para que al
aplicársele un voltio de diferencia de potencial, adquiera la carga de un
culombio.
Cuánta carga almacena un condensador al aplicársele una diferencia de potencial
entre sus terminales viene determinado por una magnitud llamada capacitancia.
Esto viene dado por
la fórmula :
C=Q
V
CARACTERISTICAS DE UN CAPACITOR
En la siguiente tabla se pueden observar las características destacadas
de los capacitores más empleados:
|
Tipo
|
Formato
|
Valores típicos
Tensión máx
|
Observaciones
|
Aplicaciones
|
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Cerámicos
|
|
100pF a 10nF
25V a 3kV
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no
polarizados; reducido tamaño pero amplias tolerancias
|
en
filtros, osciladores, acoplamientos de circuitos
|
|
Película:
Poliéster, Poliestireno, Policarbonato, Polipropileno
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10nF a
47uF
25 a 2000V
|
no
polarizados; resistente a la humedad; reducido tamaño, pérdidas (salvo
poliéster) y distorsión
|
en
circuitos de audio y propósito general, osciladores, integradores,
sintonizadores
|
|
Electrolítico de aluminio
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1uF a 10mF
5 a 450V
|
polarizados
o no; de gran rendimiento volumétrico, pero también de grandes tolerancias y
pérdidas; vida útil desde 1000 hs (se deterioran aunque no se usen)
|
fuentes de
alimentacion de cc, filtros, bloqueo de cc
|
|
Electrolítico de tantalio
|
|
47nF a 1.2mF
3 a 450V
|
radiales o
axiales; polarizados o no; de tipo: gota, rectangular, o tubular; de gran
rendimiento volumétrico; menor corriente de fuga, más caro y menor rango de
valores que los electrolíticos de aluminio
|
fuentes de
alimentación de cc, filtros, aplicaciones generales
|
|
Chip
|
|
10pF a 10uF
6 a
16V
|
polarizados
o no
|
aplicaciones
generales
|
|
Ajustables o trimmers
|
|
1pF a 500pF
5 a 100V
|
no
polarizados; de aire, mica, cerámica, vidrio, cuarzo y plástico
|
circuitos
sintonizadores y filtro
|
CAPACITORES FIJOS
Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el
fabricante y su valor no se puede modificar. Sus características dependen
principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres
de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado.
De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:
- Cerámicos.
- Plástico.
- Mica.
- Electrolíticos.
- De
doble capa eléctrica.
·
Capacitores cerámicos
·
·
El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica,
siendo el material más utilizado el dióxido de titanio. Este material confiere
al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden
diferenciar dos grupos:
Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de
temperatura bien definido y casi constante.
Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además
de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente
con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento.
Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten
amplias posibilidades de diseño mecánico y eléctrico.
·
Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las
siguientes:
·
· Capacitancias en
la gama de 0,5 pF hasta 470 nF
·
· Tensión de
trabajo desde 3 V. a 15.000 Volts o más.
·
· Tolerancia entre
1% y 5%
·
· Relativamente
chicos en relación a la Capacitancia.
·
· Amplia banda de
tensiones de trabajo.
·
· Son adecuados
para trabajar en circuitos de alta frecuencia.
·
· Banda de
tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisión.
Capacitores de plástico
Estos capacitores se caracterizan
por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de
funcionamiento.
Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo
MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso
y metal vaporizado en el segundo).
Según el dieléctrico usado se
pueden distinguir estos tipos comerciales:
KS: styroflex, constituidos por
láminas de metal y poliestireno como dieléctrico.
KP: formados por láminas de metal
y dieléctrico de polipropileno.
MKP: dieléctrico de polipropileno
y armaduras de metal vaporizado.
MKY: dieléctrico de polipropileno
de gran calidad y láminas de metal vaporizado.
MKT: láminas de metal vaporizado
y dieléctrico de teraftalato de polietileno (poliéster).
MKC: makrofol, metal vaporizado
para las armaduras y policarbonato para el dieléctrico.
A nivel orientativo estas pueden ser las características típicas de los
capacitores de plástico:
|
TIPO
|
CAPACIDAD
|
TOLERANCIA
|
TENSION
|
TEMPERATURA
|
|
KS
|
2pF-330nF
|
+/-0,5%
+/-5%
|
25V-630V
|
-55ºC-70ºC
|
|
KP
|
2pF-100nF
|
+/-1%
+/-5%
|
63V-630V
|
-55ºC-85ºC
|
|
MKP
|
1,5nF-4700nF
|
+/-5%
+/-20%
|
0,25KV-40KV
|
-40ºC-85ºC
|
|
MKY
|
100nF-1000nF
|
+/-1%
+/-5%
|
0,25KV-40KV
|
-55ºC-85ºC
|
|
MKT
|
680pF-0,01mF
|
+/-5%
+/-20%
|
25V-630V
|
-55ºC-100ºC
|
|
MKC
|
1nF-1000nF
|
+/-5%
+/-20%
|
25V-630V
|
-55ºC-100ºC
|
Capacitores de mica
El dieléctrico utilizado en este
tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se
caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad
con la temperatura y el tiempo.
Capacitores electrolíticos
En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la
otra está constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos
altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos
son polarizados.
Podemos distinguir dos tipos:
- Electrolíticos
de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y el electrolito de
tetraborato armónico.
- Electrolíticos
de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos
encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un
mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son
menores que los de aluminio y su costo es algo más elevado.
Las principales características de los capacitores electrolíticos son:
- Capacitancia
en la gama de 1uF a 220.000 uF.
- Tensiones
de trabajo entre 2 y 1.000 V.
- Tolerancia
entre –20% y +50%, generalmente.
- La
corriente de fuga es relativamente alta o sea que la aislamiento no es
excelente.
- Son
polarizados, se debe respetar la polaridad.
- La
capacidad aumenta a medida que el capacitor envejece.
- Tienen
una duración limitada.
- La
Capacitancia varía ligeramente con la tensión.
- Los
capacitores electrolíticos no se usan en circuitos de alta frecuencia, se
usan en circuitos de baja frecuencia, uso general y corriente continua.
Capacitor electrolítico: Tiene polaridad,
normalmente se marca el negativo con el signo - . El terminal negativo es
el de menor longitud.
Hay que asegurarse de no conectar el
capacitor entre dos puntos del circuito cuya tensión supere la máxima que
soporta el capacitor.
Capacitores de doble capa eléctrica
Estos capacitores también se conocen como supe capacitores o CAEV debido
a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen. Se diferencian de los
capacitores convencionales en que no usan dieléctrico por lo que son muy
delgados. Las características eléctricas más significativas desde el punto de
su aplicación como fuente acumulada de energía son: altos valores capacitivos
para reducidos tamaños, corriente de fugas muy baja, alta resistencia serie, y
pequeños valores de tensión.
CAPACITORES VARIABLES Y AJUSTABLES
Estos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre
ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre
capacitores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta
frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers,
que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta
a punto).
La variación de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento
mecánico entre las placas enfrentadas. La relación con que varían su capacidad
respecto al ángulo de rotación viene determinada por la forma constructiva de
las placas enfrentadas, obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las
que destacan la lineal, logarítmica y cuadrática corregida.
Capacitor Ajustable: Trimmer
Capacitor Variable:
Tandem
IDENTIFICACIÓN DE CAPACITORES
Vamos a disponer de un código de colores, cuya lectura varía según el
tipo de condensador, y un código de marcas, particularizado en los mismos.
Primero determinaremos el tipo de condensador (fijo o variable) y el tipo
concreto dentro de estos.
Las principales características que nos vamos a encontrar en los capacitores
van a ser la capacidad nominal, tolerancia, tensión y coeficiente de
temperatura, aunque dependiendo de cada tipo traerán unas características u
otras.
En cuanto a las letras para la tolerancia y la correspondencia número-color del
código de colores, son lo mismo que para resistencias. Debemos destacar que la
fuente más fiable a la hora de la identificación son las características que
nos proporciona el fabricante.
USO Y APLICACIÓN DE
CAPACITORES
· En el
caso de los filtros de alimentadores de corriente se usan para almacenar la
carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la
salida rectificada.
· También son muy usados en los
circuitos que deben conducir corriente alterna pero no corriente continua.
· Los
condensadores electrolíticos pueden tener mucha capacitancia, permitiendo la
construcción de filtros de muy baja frecuencia.
· Circuitos temporizadores.
· Filtros
en circuitos de radio y TV.
Fuentes de alimentación.
· Arranque de motores.
AUTOMOBILES HIBRIDOS
Por la
eficiencia en el uso de la energía estos dispositivos son un elemento
prometedor para el desarrollo de medios de transporte que combinen la energía
solar con la proveniente de combustibles fósiles. Su aprovechamiento se debe
fundamentalmente a que permiten una mejor descarga de energía durante la
aceleración del vehículo. En la prueba realizada en el 2000 para los nuevos
autobuses de transporte de la NASA que con el uso de condensadores se podía
acelerar a 157 pies en 10 segundos con el mínimo de pérdidas de energía. Un
desarrollo importante es el uso de supercondensadores para el desarrollo de la
unidad de apoyo auxiliar (APU por sus siglas en inglés). Freightliner y Delphi
demostraron su uso en sistemas automotrices de pasajeros, aunque BMW argumenta
que hay poca sensibilidad para su regulación debido a las modificaciones hechas
a la gasolina para reducir la emisión de contaminantes, por lo que es viable
instalarlos en sistemas basados en hidrógeno
APOYO ENERGETICO
Muchos
proyectos en ingeniería, como el diseño de elevadores, requieren de ciclos
donde en una etapa se requiera una baja descarga de energía y otros de una alta
descarga (como cuando el elevador desciende y asciende). Esta demanda requiere
de sistemas que permitan una regulación precisa de la energía suministrada y
una alta capacidad de almacenamiento de energía. De esta manera los supercondensadores
suministran la energía necesaria para subir el elevador sin necesidad de
sobrecargar la red eléctrica.
APLICACIONES DE ENERGIA SOLAR
En aplicaciones de energía solar es
necesario estabilizar la tensión suministrado por las fotoceldas, por lo que se
utilizan supercondensadores de 2400 F dispuestos en paralelo para estabilizar
el suministro de energía eléctrica. De las fotoceldas generalmente se traslada
la diferencia de potencial a una válvula de regulación de descarga ácida.
Actualmente se estudia la manera de controlar la tensión a través de un banco
de supercondensadores que permite disminuir los picos de tensión y proveer una
corriente constante de 1.37 A por 45 segundos cada hora, gracias al
almacenamiento de energía en el condensador y su liberación estable en un
circuito equivalente RLC.
ALMACENAMIENTO DE ENERGIA
Almacenamiento
de energía Uno de los usos más extendidos de supercondensadores es su uso en
sistemas microelectrónicos, memorias de computadoras y relojes y cámaras de
alta precisión. Su uso permite mantener el funcionamiento de los dispositivos
durante horas e incluso días.
SISTEMAS DE TRANSFERENCIA DE ENERGIA
· Sistemas
de transferencia de energía Una aplicación estudiada ampliamente en la
actualidad es el uso de supercondensadores en sistemas UPS unido a sistemas de
transferencia de energía acoplados por inducción (ICPT). Se utilizan para
facilitar la transferencia de energía, hacer más eficiente la carga de energía
eléctrica, permitiendo el aislamiento de los sistemas UPS para el
funcionamiento de sistemas eléctricos.
SISTEMA DE
TRANSFERENCIA DE POTENCIA
En el área de
energía las propiedades de los supercondensadores son de gran importancia para
la transferencia de energía. Los sistemas STATCOM (Compensadores Estáticos) son
dispositivos de la familia de los sistemas de transmisión de corriente flexible
alternante (FACTS), y se utiliza para el control de los picos de tensión en
sistemas eléctricos. Cuando se conectan con sistemas de transferencia de
potencia a elementos STATCOM, se produce una gran inductancia que produce un
incremento en la corriente y picos de tensión, por lo que es necesario tener
condensadores de gran capacitancia para compensar este fenómeno. Su uso permite
mantener una corriente constante y menores picos de tensión para facilitar la
transmisión de la energía eléctrica. Los supercondensadores prometen llenar la
brecha entre los condensadores y baterías. Los EDLCs tienen una variedad de
aplicaciones comerciales, especialmente en "suavización de energía" y
los dispositivos de carga momentánea. Dentro de sus primeros usos cabe destacar
como fuente de energía para el arranque de motores en grandes tanques de guerra
y submarinos. Debido a que se ha reducido el coste de producción, han comenzado
a aparecer en los camiones diesel y en locomotoras. Más recientemente se han
convertido en un tema de gran interés en la llamada Energía verde, pues su
capacidad de absorber energía rápidamente los hace particularmente adecuados
para aplicaciones de freno regenerativo. Mientras que las pilas, por otro lado,
tienen dificultades en esta tarea debido su lenta velocidad de carga. Por su
tamaño y peso reducido, los EDLCs, se están adaptando para almacenar
electricidad en vehículos eléctricos. Un condensador de alta capacidad tiene un
gran rendimiento (el 98% de la carga se devuelve); almacena mucha energía en
relación a su peso (4Wh/kg), aunque no tanto como una batería; no presentan
efecto memoria y tienen una gran capacidad de carga y descarga rápida (5kW/kg).
SIMBOLO DEL CAPACITOR
NOMBRE DE
TERMINALES DEL CAPACITOR
Formas
para Probar un Condensador o Capacitor
Existen 3 maneras de comprobar que un capacitor
funciona correctamente:
Método de Corto
Circuito:
Esta forma de probar el capacitor es la mas
sencilla que existe, ya que no necesita de ningún aparato o instrumento. La
forma para probar el capacitor es la siguiente: Se le aplica un voltaje de 127
volts, por un tiempo de no mas de 6 segundos y después se retira la alimentación,
después se procederá a poner en corto circuito las dos terminales del
capacitor, si al momento de ponerlas en corto circuito, este produce una chispa
de color azul, quiere decir que este funciona correctamente y el capacitor se
encuentra en buen estado; si la chispa que despide es naranja quiere decir que
el capacitor funciona medianamente o que su capacidad esta disminuida; y si no
se produce chispa alguna el aparato no sirve. Cabe señalar que este es un método muy seguro y eficaz y el mismo no
corre riesgo alguno con este método.
Método del Multímetro:
Para probar que un capacitor esta en buen estado, se utiliza un óhmetro
o un multímetro analógico o digital el multímetro en escala de resistencia y sus dos terminales se conectan
con las terminales del capacitor, la aguja del multímetro nos marcara un valor.
Este valor será la carga del capacitor, después la aguja comenzara a descender
lentamente, marcando la tendencia del capacitor. Si el multímetro no marca
carga significa que no se encuentra en buen estado.
Método de LCR:
Otra forma de probar un capacitor es con un medidor LCR. La forma es la siguiente: Se selecciona en el instrumento el
dispositivo a medir (en este caso es un capacitor), y las 2 terminales se ponen
en contacto con el capacitor, en ese instante nos dará el valor de su
capacitancia.
FUENTES PARA
VER VIDEOS SOBRE FUNCIONAMIENTO DE CAPACITORES
https://www.youtube.com/watch?v=Dlb0QGx4KLU
https://www.youtube.com/watch?v=vv1su15vaS4
Comprobación de capacitores de hornos
de microondas
https://www.youtube.com/watch?v=vv1su15vaS4
Los interruptores eléctricos, son dispositivos que sirven para desviar u obstaculizar el flujo de corriente eléctrica.Van desde un simple interruptor que apaga o enciende un foco, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas controlados por ordenadores.
