Capacitor

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
Cerámicos		100pF a 10nF 25V a 3kV	no polarizados; reducido tamaño pero amplias tolerancias	en filtros, osciladores, acoplamientos de circuitos
Película:  Poliéster,  Poliestireno, Policarbonato, Polipropileno		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		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