LOS CONDENSADORES

LOS CONDENSADORES
INTRODUCCIÓN
En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas
(armaduras) separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las
placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.
La botella de Leyden es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son
finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el
dieléctrico. La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de
carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.
Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado el
cual se perforan. Pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque
funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedad los
convierte en dispositivos muy útiles cuando debe impedirse que la corriente continua entre
a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y
capacidad variable se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en
las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan
grandes condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la
transmisión de más potencia.
Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas. El aire, la mica, la cerámica, el
papel, el aceite y el vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al
dispositivo.
DEFINICIÓN
Es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado
por un par de superficies en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de
campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas,
esferas o láminas, separadas por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un
condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío,
que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga
eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total
almacenada).
La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre
esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o
capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo
1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de
1voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.
La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los condensadores,
por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro- µF = 10-6, nano- nF = 10-9 o
pico- pF = 10-12 -faradios.
TIPOS DE CONDENSADORES
A. Condensadores de aire.
Se trata de condensadores, normalmente de placas paralelas, con dieléctrico de aire y
encapsulados en vidrio. Como la permitividad eléctrica relativa es la unidad, sólo permite
valores de capacidad muy pequeños. Se utilizó en radio y radar, pues carecen de pérdidas y
polarización en el dieléctrico, funcionando bien a frecuencias elevadas.
B. Condensadores de mica.
La mica posee varias propiedades que la hacen adecuada para dieléctrico de
condensadores: bajas pérdidas, exfoliación en láminas finas, soporta altas temperaturas y
no se degrada por oxidación o con la humedad. Sobre una cara de la lámina de mica se
deposita aluminio, que forma una armadura. Se apilan varias de estas láminas, soldando los
extremos alternativamente a cada uno de los terminales. Estos condensadores funcionan
bien en altas frecuencias y soportan tensiones elevadas, pero son caros y se ven
gradualmente sustituidos por otros tipos como por los de vidrio, de parecidas propiedades
y más barato.
Son condensadores estables que pueden soportar tensiones altas, ya que la rigidez
dieléctrica que presenta es muy elevada. Sobre todo se emplean en circuitos de alta
frecuencia. Se utilizan en gamas de capacidades comprendidas entre 5pf y 100000pF. La
gama de tensiones para las que se fabrican suelen ser altas (hasta 7500v).
C. Condensadores de papel.
El dieléctrico es papel parafinado, bakelizado o sometido a algún otro tratamiento que
reduce su higroscopia y aumenta el aislamiento. Se apilan dos cintas de papel, una de
aluminio, otras dos de papel y otra de aluminio y se enrollan en espiral. las cintas de
aluminio constituyen las dos armaduras, que se conectan a sendos terminales. Se utilizan
dos cintas de papel para evitar los poros que pueden presentar.
D. Condensadores autorregenerables
Los condensadores de papel tienen aplicaciones en ambientes industriales. Los
condensadores autorregenerables son condensadores de papel, pero la armadura se realiza
depositando aluminio sobre el papel. Ante una situación de sobrecarga que supere la rigidez
dieléctrica del dieléctrico, el papel se rompe en algún punto, produciéndose un cortocircuito
entre las armaduras, pero este corto provoca una alta densidad de corriente por las
armaduras en la zona de la rotura. Esta corriente funde la fina capa de aluminio que rodea
al cortocircuito, restableciendo el aislamiento entre las armaduras.
E. Condensadores electrolíticos.
Es un tipo de condensador que utiliza un electrolito, como su primera armadura, la cual
actúa como cátodo. Con la tensión adecuada, el electrolito deposita una capa aislante (la
cual es en general una capa muy fina de óxido de aluminio) sobre la segunda armadura o
cuba (ánodo), consiguiendo así capacidades muy elevadas. Son inadecuados para funcionar
con corriente alterna. La polarización inversa destruye el óxido, produciendo un corto entre
el electrolito y la cuba, aumentando la temperatura, y por tanto, arde o estalla el
condensador consecuentemente. Existen varios tipos, según su segunda armadura y
electrolito empleados:
Condensador electrolítico
Condensador de tántalo
a. Condensadores de aluminio. Es el tipo normal. La cuba es de aluminio y el
electrolito una disolución de ácido bórico. Funciona bien a bajas frecuencias, pero
presenta pérdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de
alimentación y equipos de audio. Muy utilizado en fuentes de alimentación
conmutadas.
b. Condensadores de tantalio (tántalos). Es otro condensador electrolítico, pero
emplea tantalio en lugar de aluminio. Consigue corrientes de pérdidas bajas, mucho
menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor relación
capacidad/volumen.
c. Condensadores bipolares (para corriente alterna). Están formados por dos
condensadores electrolíticos en serie inversa, utilizados en caso de que la corriente
pueda invertirse. Son inservibles para altas frecuencias.
F. Condensadores de poliéster o Mylar.
Está formado por láminas delgadas de poliéster sobre las que se deposita aluminio, que
forma las armaduras. Se apilan estas láminas y se conectan por los extremos. Del mismo
modo, también se encuentran condensadores de policarbonato y polipropileno.
G. Condensadores de poliestireno
También conocidos comúnmente como Styroflex(marca registrada de Siemens). Otro tipo
de condensadores de plástico, muy utilizado en radio, por disponer de coeficiente de
temperatura inverso a las bobinas de sisntonía, logrando de este modo estabilidad en los
circuitos resonantes.
H. Condensador de Polipropileno
Los capacitores de polipropileno metalizado, de la línea CMRW, son destinados a la
utilización en motores monofásicos de capacitor permanente y en reactores para lámparas
fluorescentes.
Características Principales:
* Alto nivel de confiabilidad;
* Autorregenerable;
* Bajas pérdidas;
* Volumen reducido;
* Especificación técnica según norma IEC-60252 y VDE560/8.
I. Condensadores cerámicos.
Utiliza cerámicas de varios tipos para formar el dieléctrico. Existen tipos formados por
una sola lámina de dieléctrico, pero también los hay formados por láminas apiladas.
Dependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando hasta las microondas.
Se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de 1pF a 470nF (grupo II) con tensiones comprendidas
entre
3
y
10000v.
Su identificación se realiza mediante código alfanumérico. Se utilizan en circuitos que
necesitan alta estabilidad y bajas pérdidas en altas frecuencias.
Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5
pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color.
Aquí abajo vemos unos ejemplos de condensadores de este tipo.
Condensador cerámico de disco
Condensador cerámico de placa
J. Condensadores síncronos.
Es un motor síncrono que se comporta como un condensador.
Dieléctrico variable. Este tipo de condensador tiene una armadura móvil que gira en torno
a un eje, permitiendo que se introduzca más o menos dentro de la otra. El perfil de la
armadura suele ser tal que la variación de capacidad es proporcional al logaritmo del ángulo
que gira el eje.
K. Condensadores de ajuste.
Son tipos especiales de condensadores variables. Las armaduras son semicirculares,
pudiendo girar una de ellas en torno al centro, variando así la capacidad. Otro tipo se basa
en acercar las armaduras, mediante un tornillo que las aprieta.
CONDENSADORES VARIABLES
Un condensador variable es aquel en el cual se pueda cambiar el valor de su capacidad. En el
caso de un condensador plano, la capacidad puede expresarse por la siguiente ecuación:
Donde:
ε0: constante dieléctrica del vacío
εr: constante dieléctrica o permitividad relativa del material dieléctrico entre las placas
A: el área efectiva de las placas
d: distancia entre las placas o espesor del dieléctrico
Para tener condensador variable hay que hacer que por lo menos una de las tres últimas
expresiones cambie de valor. De este modo, se puede tener un condensador en el que una
de las placas sea móvil, por lo tanto varía d y la capacidad dependerá de ese
desplazamiento, lo cual podría ser utilizado, por ejemplo, como sensor de desplazamiento.
Otro tipo de condensador variable se presenta en los diodos varicap.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES
Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen
utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F ), nanofaradios
(nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F). Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de
fabricación. Se marca en el cuerpo del componente mediante un código de colores o
directamente con su valor numérico.
Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende
del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el
condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay
que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensión
superior a la máxima. Es la tensión que el condensador puede soportar de una manera
continua sin sufrir deterioro
Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir
entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo. Diferencia
entre las desviaciones, de capacidad, superior o inferior según el fabricante.
Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 µF
tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus
terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1µF, a los que se puede
aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de
ser ésta la incorrecta.
USOS Y APLICACIONES
Los condensadores suelen usarse para:
 Baterías, por su cualidad de almacenar energía.
 Memorias, por la misma cualidad.
 Filtros.
 Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros
componentes.
 Demodular AM, junto con un diodo.
 El flash de las cámaras fotográficas.
 Tubos fluorescentes.
 Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.
CAPACITANCIA DE UN CONDENSADOR
La capacitancia se define como la razón de carga almacenada a la diferencia de voltaje
entre dos placas o alambres conductores.
C=Q/V
Q = carga almacenada
V = diferencia de potencial entre bornes
Un capacitor es un elemento de dos terminales que consta de dos placas conductoras
separadas por un material no conductor. La carga eléctrica se almacena en las placas, y el
espacio entre las placas se llena con un material dieléctrico. En su funcionamiento normal,
las dos placas poseen el mismo valor de carga pero de signos contrarios. El valor de la
capacitancia es proporcional al área superficial del material dieléctrico e inversamente
proporcional a su espesor. Para obtener mayor capacitancia se requiere de una estructura
muy delgada con un área grande.
Asociaciones de condensadores
Al igual que las resistencias, los condensadores pueden asociarse en serie, paralelo o de
forma mixta. En estos casos, la capacidad equivalente resulta ser para
la asociación en serie:
y para la asociación en paralelo:
Es decir, el sumatorio de todas las capacidades de los condensadores conectados en
paralelo.
Es fácil demostrar estas dos expresiones, para la primera solo hay que tener en cuenta que
la carga almacenada en las placas es la misma en ambos condensadores (se tiene que inducir
la misma cantidad de carga entre las placas y por tanto cambia la diferencia de potencial
para mantener la capacitancia de cada uno), y por otro lado en la asociación en "paralelo",
se tiene que la diferencia de potencial entre ambas placas tiene que ser la misma (debido al
modo en el que están conectados), así que cambiará la cantidad de carga. Como esta se
encuentra en el numerador (C = Q / V) la suma de capacidades será simplemente la suma
algebraica.
IDENTIFICACIÓN DEL VALOR DE LOS CONDENSADORES
Código por bandas de color
Algunos tipos de condensadores llevan sus datos impresos codificados con unas bandas de
color. Esta forma de codificación es muy similar a la empleada en las resistencias, en este
caso sabiendo que el valor queda expresado en picofaradios (pF). Las bandas de color son
como se observa en esta figura:


En el condensador de la izquierda vemos los siguientes datos:
verde-azul-naranja = 56000 pF = 56 nF (recordemos que el "56000" está
expresado en pF). El color negro indica una tolerancia del 20%, tal como veremos en
la tabla de abajo y el color rojo indica una tensión máxima de trabajo de 250v.
En
el
de
la
derecha
vemos:
amarillo-violeta-rojo = 4700 pF = 4.7 nF. En los de este tipo no suele aparecer
información acerca de la tensión ni la tolerancia.
Código de colores en los condensadores
COLORES Banda 1 Banda 2 Multiplicador Tensión
Negro
--
0
x1
Marrón
1
1
x 10
100 V.
Rojo
2
2
x 100
250 V.
Naranja
3
3
x 1000
Amarillo
4
4
x 104
Verde
5
5
x 105
Azul
6
6
x 106
Violeta
7
7
Gris
8
8
Blanco
9
9
400 V.
630 V.
COLORES
Tolerancia (C > 10 pF) Tolerancia (C < 10 pF)
Negro
+/- 20%
+/- 1 pF
Blanco
+/- 10%
+/- 1 pF
Verde
+/- 5%
+/- 0.5 pF
Rojo
+/- 2%
+/- 0.25 pF
Marrón
+/- 1%
+/- 0.1 pF
Codificación mediante letras
Este es otro sistema de inscripción del valor de los condensadores sobre su cuerpo. En
lugar de pintar unas bandas de color se recurre también a la escritura de diferentes
códigos mediante letras impresas.
A veces aparece impresa en los condensadores la letra "K" a continuación
de las letras; en este caso no se traduce por "kilo", o sea, 1000 sino que
significa cerámico si se halla en un condensador de tubo o disco.
Si el componente es un condensador de dieléctrico plástico (en forma de
paralelepípedo), "K" significa tolerancia del 10% sobre el valor de la
capacidad, en tanto que "M" corresponde a tolerancia del 20% y "J", tolerancia del 5%.
LETRA Tolerancia
"M"
+/- 20%
"K"
+/- 10%
"J"
+/- 5%
Detrás de estas letras figura la tensión de trabajo y delante de las mismas el valor de la
capacidad indicado con cifras. Para expresar este valor se puede recurrir a la colocaión de
un punto entre las cifras (con valor cero), refiriéndose en este caso a la unidad
microfaradio (µF) o bien al empleo del prefijo "n" (nanofaradio = 1000 pF).
Ejemplo: un condensador marcado con 0,047 J 630 tiene un valor de 47000 pF = 47 nF,
tolerancia del 5% sobre dicho valor y tensión máxima de trabajo
de 630 v. También se podría haber marcado de las siguientes
maneras: 4,7n J 630, o 4n7 J 630.
Código “101” de los condensadores
Por último, vamos a mencionar el código 101 utilizado en los condensadores cerámicos como
alternativa al código de colores. De acuerdo con este sistema se
imprimen 3 cifras, dos de ellas son las significativas y la última de ellas
indica el número de ceros que se deben añadir a las precedentes. El
resultado
debe
expresarse
siempre
en
picofaradios pF.
Así, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF, y en el
ejemplo de la figura de la derecha, 403 significa 40000 pF = 40 nF.
Símbolos
OBJETIVOS



Que el estudiante aprenda a identificar los diferentes tipos de condensadores que
existen.
Aprender el uso de los condensadores más comunes.
Describir el comportamiento de un material dieléctrico.
CONCLUSIONES

Los condensadores no son más que dispositivos que permiten la carga y descarga de
energía y por lo tanto el almacenamiento de las mismas en el tiempo que sea
necesario. Por tanto, son dispositivos que evitan el disparo repentino del flujo de
energía almacenando una cantidad de la misma dentro de ellos.

La capacidad de los condensadores depende no solo de los materiales “dieléctricos”
que usan los diferentes fabricantes, sino también de la distancia que tienen las
placas de separación. El flujo de protones y electrones dentro del capacitor
dependen de la distancia que los separa, pues dicha distancia facilita o impide el
más rápido traspaso de contaminante a las placas.

Si hablamos en incorporar condensadores en circuitos básicos, obtenemos que los
condensadores conectados en serie se comporten como resistores en paralelo; y
cuando se conectan en paralelo se comportan como resistores en serie. Por lo tanto,
la capacidad de los capacitores es inversamente proporcional a la tensión aplicada.
BIBLIOGRAFÍA
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http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/plano/plano.htm
http://html.rincondelvago.com/condensadores_4.html
http://www.monografias.com/trabajos/compelectropas/compelectropas.shtml
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http://www.tuveras.com/electrotecnia/condensadores.htm
http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/fisica/Tema16.html
http://www.planetaelectronico.com/cursillo/tema2/tema2.3.html
http://www.adonde.com/peru-peru/condensadores.html
http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Los-condensadores.php