Los capacitores - Escuela de Educación Secundaria Técnica N° 3

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j JI Ir{) !.J!JC
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El condensador es un t/ispositivo muy utilizado en aplicaciones de circuitos electrónicos. Pero, ¿ qué fimción cumple el condensador en un circuito? Se puede decir que
un condensador es un elemento capaz de almacenar pequeñas cantidades tle energía
eléctrica para devolverla cuando sea necesaria.
Las aplicaciones de los condensadores son muy amplias. A continuación, se indican
algunas de ellas.
• Aprovechando el tiempo que tardan en cargarse se pueden construir circuitos de
acción retardada (temporizadores electrónicos, etc.).
• Como ya estudiaremos más adelante, se utilizan como filtros en los rectificadores
((/i.~positivos que convierten la C.A. en C.C). Con ello.~ se consigue que la tensión
obtenida sea más continua.
• Realización de los circuitos llamados oscilantes y del fenómeno de resonancia.
Sintonía en radiodifusión.
• Supresión de parásitos en radiodifusión (ruidos que producen los motores de
explosión de los automóviles).
• Corrección del factor de potencia en los sistemas de potencia en corriente
alterna.
..
...
...
.,.,
...
....
...'
...
...
...
Funcionamiento y estructura del condensador.
Capacidad de un condensador.
Carga y descarga de 1m condensador.
Tipos de condensadores.
Asociación de condensadores.
~
•
Describir elfuncíonamiento y lafunción de los condensadores.
Evaluar los procesos de carga y descarga de un condensador.
Seleccionar adecuadamente las magnitudes de un condensador.
Reconocer los tipos de condensadores.
Calcular la capacidad equivalente al asociar condensadores en serie y en paralelo.
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5~ 1. Funcionamiento
de
un condensador
Experiencia 9. J;. Toma una pila de 4.5 VY conéctala a un
condensador electrolítico de 2.200 IlF (microfaradio,s) ,
teniendo cuidado en no equivocarte con las conexiones de los
polos (Figura 5.l).
campo eléctrico). Por otro lado, la carga negativa acumulada en
la parte externa de la armadura B es atraida por el polo positivo de la pila, lo que completa la carga del condensador. Una vez
que esto suceda, ya no habrá más movimiento de electrones, a
no ser que se aumente la tensión de la pila.
¡;uer/;¡s del
""mpo clél'lrico
Seguidamente. separa el condensador de la pila y mide la
tensión entre sus terminales. Podrás comprobar que el voltímetro indica una tensión de 4.5 V.
~
A continuación, conecta el condensador a los terminales de
un diodo led (diodos que emiten una pequeña radiación luminosa cuando son recorridos por una pequeña intensidad de
corriente eléctrica), cuidando respetar las polaridades. Podrás
comprobar como elled se enciende un pequeño instante.
9
~
<r0~~~~
Figura 5.3. Carga de un condensador.
+
e
-
e
Figura 5.1.
La primera parte de la experiencia 5.1 nos demuestra que
al conectar la pila con el condensador, éste se carga de energía
eléctrica y que la tensión con que ha sido cargado dicho condensador coincide con la tensión de la pila. La segunda parte
de esta experiencia hace patente la descarga del condensador
a través del diodo led que se enciende durante el pequeño instante que dura la descarga.
Para construir un condensador basta con montar dos placas
metálicas conductoras separadas por un material aislante,
denominado dieléctrico, como el aire, papel, cerámica, mica,
plástico, etc,~ (Figura 52). Normalmente, este dieléctrico se
dispone en forma de lámina muy fina para conseguir que las
placas metálicas, denominadas armaduras, se encuentren lo
más próximas unas de otras.
Una vez cargado el condensador, si se le desconecta de la
fuente de energía eléctrica, la acumulación de cargas se mantiene gracias a que sigue existiendo la fuerza de atracción
entre las armaduras cargadas debido a la diferencia de cargas
(Figura. 5.4).
Figura 5.4. Condensador cargado.
¿Qué ocurriría si una vez cargado el condensador aplicásemos al mismo una tensión mayor? Al aumentar la tensión
aplicada. aumentan las fuerzas de atracción entre las cargas de
las armaduras y por tanto aparece una nueva corriente que
carga el condensador hasta alcanzar la nueva tensión aplicada.
\
Dieléctrico
Terminal
de conexión
Annaduras ~
Figura 5.2. Constitución de un condensador.
El condensador se carga de electricidad según los siguientes
fundamentos. Si conectamos las annaduras de un condensador
como se indica en el circuito de la Figura 5.3, los electrones en
exceso del polo negativo de la pila se dirigirán a la armadura A,
cargándola negativamente. A su vez, en la parte interna de la
armadura B se producirá una acumulación de cargas positivas
por inducción electrostática (rer.;uerda que [as placas están muy
próximas y que, por lo tanto, existe una gran atracción entre las
cargas eléctricas de ambas annaduras debido a la acción del
¿Qué ocurre si conectamos un condensador en serie en un
circuito de corriente continua? Sólo existe corriente electrica
mientras se carga el condensado;", por lo que una vez que se
termina la carga se interrumpe el circuito. Por tanto, se puede
decir que un condensador no deja pasar la corriente continua.
¿Qué ocurre si conectamos un condensador en serie en un
circuito de corriente alterna? El condensador se carga mientras aumente la tensión entre sus placas y se descarga cuando
la tensión acumulada es superior a la aplicada. Con lo cual en
C.A. el condensador se carga y descarga en cada mitad del
ciclo, haciendo fluir por el circuito corriente en todo momento. En conclusión, un condensador sí que permite el paso de
la corriente alterna, aunque como ya estudiaremos más adelante, se produce una distorsión o desfase en el tiempo entre
[a tensión y la corriente.
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. Se denomina capacidad de un condensador a la propiedad
que estos poseen de almacenar mayor o menor cantidad de
electricidad.
La cantidad de cargas que puede almacenar un condensador depende, fundamentalmente, de la tensión aplicada entre
sus armaduras y de sus características constructivas,
La unidad de capacidad es el faradio (F). Se puede decir. d o c u - t r a c k .
que un condensador posee la capacidad de un faradio cuando
almacena lIna carga de un culombio al aplicar una tensión de
un voltio entre sus placas.
El faradio es una unidad muy grande, por lo que se utilizan submúltiplos, correspondientes a su millonésima parte,
milmillonésima parte y billonésima parte, que reciben los
nombres de:
Para entender mejor esto vamos a comparar la capacidad
de almacenar cargas de un condensador con la capacidad de
almacenar aire de un globo.
• Microfaradio (¡.tF)
Para que el aire entre a un globo es necesariÓ introducirlo
con una cierta presión, de tal forma que, según aumentemos
dicha presión, mayor será la cantidad de aire que conseguiremos almacenar en dicho globo (Figura 5.5).
•
I ¡.tF = 1/\.000.000 = 0,000001 = 10- 6 F
Nanofaradio (nF)
1 nF
•
=
1/1.000.000.000
=
0,00000000 I
=
10-9 F
Picofaradio (pF)
1 pF = 1/1000000000000
=
0,000000000001 =10- 12 F
Pr.::sión
I
aIIl105fcril'~1
Ejemplo 5.1
-
Presión de
soplado
Calcular la carga eléctrica almacenada por un condensador de 2.200 ¡.tF de capacidad cuando se le conecta a una
pila de 4,5 V.
Solución:
Lo primero que hacemos es cambiar. las unidades:
2.200 ¡.t.F
t
\.000.000
Q=C.V
= 0,0022
. 4,5
0,0022 F
= 0,099 culombios
Figura 5.5. Comparación entre el llenado de un globo
y la carga de un condensador.
En conclusión, la cantidad de aire que es posible introducir
en un globo depende del tamaño del globo y de la presión
aplicada al mismo. Por supuesto, si la presión aplicada fuese
superior a la que pueden soportar las paredes elásticas del
globo, éste estallaría en pedazos.
S¡ ahora comparamos el concepto de presión aplicado al
globo con el de tensión aplicado a las armaduras de un condensador, resultará que la cantidad de cargas almacenadas
por un condensador será mayor al aumentar dicha tensión,
Tened en cuenta que las cargas fluyen a las armaduras debido a la diferencia de cargas Q tensión que le proporciona la
pila o el generador.
La capacidad de un condensador es mayor cuanto más
grande sea la superficie de sus armaduras, ya que al aumentar
la superficie de cargas enfrentadas aumenta la carga del
mismo. Por otro lado, la capacidad es menor cuanto mayor
sea la distancia que separa a las mismas, ya que las cargas se
nfuntienen sujetas en las armaduras gracias a la atracción que'
se produce entre ellas por el efecto de las diferencias de cargas. Si la distancia entre éstas fuera grande, apenas habría
atracción y la capacidad disminuiría.
Por último, se ha comprobado que, según sea la sustancia
aislante que se introduce entre las armaduras, la capacidad
también varía. Este factor se mide con la constante dieléctrica
de la sustancia que se utiliza como aislante.
Por otro lado, cuanto mayor sea la superficie del dieléctrico, menor la distancia que separa las armaduras y mejor la
calidad del aislante, mayor será la capacidad de almacenar
cargas del condensador.
La expresión matemática que relaciona la capacidad con
sus características constructivas es:
Si llamamos Q a la cantidad de carga almacenada por el
condensador, C a la capacidad del condensador y V a la tensión entre las armaduras, resulta que:
L=.~_~=-~
~_
.
_
E-~
-S
=
superficie de las armaduras en m 2'
- d = espesor del dieléctrico en m.
Q = Culombios
C = Faradios
V = Voltios
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- E=
constante dieléctrica de la sustancia aislante.
En la Tabla 5.1 aparecen reflejados los valores de la constante dieléctrica de los materiales más comunes.
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c u -tr a c k
lmáx = - -
R1
Según se va cargando el condensador la tensión de éste irá
creciendo, tal como lo podríamos comprobar con el voltíme·
tro. En consecuencia, la diferencia de potencial que existe
entre el generador y el condensador se hace más pequeí1a y,
por consiguiente, se irá reduciendo la íntensidad de carga,
Cuando el condensador alcanza la misma tensión que el gene·
radar se completa el ciclo de carga y la intensidad de corrien·
te queda interrumpida.
En las curvas de carga
claramente este proceso.
Ejemplo 5.2
- Calcular la capacidad de un condensador si sus placas
son' de 0,1 m 2, la distancia entre placas de 0,3 mm y el
dieléctrico es de a) aire, b) poliéster.
d~
la Figura 5.7 se puede apreciar
V
E
lmáx
- -- - - - -
:~-::-~'
',
Solución:
Para un dieléctrico de aire tenemos que:
,
. e
S
1
0,1
,'' - - = 295 . ]09 F = 2!V5 nF
9
9
4'TC·9· 10 d 4·1t·9·] 0 0,0003'
'1
C'='
1:
t.carga
0,3 mm = 0,311000 = 0,0003 m
':
Si utilizamos como dieléctrico el poliéster obtendremos una capacidad tres veces superior ya que t: = 3.
t.carga
Figura 5.7. Curvas de carga de un condensador.
En conclusión, un condensador en c.e. sólo deja pasar la
corriente durante el corto período de tiempo que dura su carga.
Al cabo de este tiempo actúa como un interruptor abierto.
5.3. Carga d~ un condens~d~r
Con ayuda del circuito de la Figura 5.6 vamos a estudiar el
proceso de carga y descarga de un condensador.
5.4. Descarga de un
condensador
j
'!.1
"
¡Ii
E
r
2
J"""
l
Al cambiar de posíción el conmutador (Figura 5.8), el condensador se descarga por la lamparita.
1,
1,
¡:
¡:
I
!
I
1:
i
I
E
Figura 5.6. Ensayo para estudiar el proceso de carga de un condensador.
La lamparita de resistencia (R[) se ha conectado en serie
con el circuito para retardar el proceso de carga (Figura 5.6).
El amperímetro (A) nos indicará la intensidad de carga y el
voltímetro (V) la tensión a que queda sometido el condensador entado momento. Cuando el conmutador se posiciona en
el punto (1) el condensador se pone en contacto con el generador y comienza su proceso de carga.
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XC
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PD
F-
En el primer momento la diferencia de cargas que existe en
el condensador es cero y, por lo tanto, al no haber nada que se
oponga al establecimiento de la corriente, la intensidad que indicará el amperímetro en el primer momento de conexión será
iguala:
Figura 5.8. Proceso de descarga del condensador.
En un primer momento la intensidad es grande, ya que el
condensador tiene toda la tensión (la misma que la del generador). Según se va descargando el condensador, la tensión se
va reduciendo y, con ella, la i'1tensidad de la corriente. Cuando el condensador se descarga totalmente la intensidad y la
tensión se anulan, tal como se ha representado en [as curvas
de descarga de la Figura 5.9.
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v
•
Capacidad nominal: El valor de la capacidad de un
condensador puede cambiar con la frecuencia de trabajo (Hz) y con la temperatura ambiente, por lo que los
fabricantes facilitan la capacidad junto con estos últimos parámetros.
•
Tensión de perforación del dieléctrico o tensión pico
(VI): ¿Recuerdas cómo el globo descrito anteriormente
estallaba en pedazos al aumentar la presión? De igual
forma, si un condensador es sometido a una tensión excesiva, el dieléctrico no podrá soportarlo y se perforará.
Téngase en cuenta que las armaduras están muy próximas
y un aumento de la tensión produce, a su vez, un aumento de atracción entre las cargas de ambas armaduras.
E
v
'--
~ t
t.descarga
Figura 5.9. Cu rva de descarga de un condensador.
5.5. Constante de tiempo de carga
y desca_rga de un con~ensa~~r
Se conoce por constante de tiempo ('L )al tiempo que invierle el condensador en adquirir el 63% de la carga total. La constante de tiempo de condensador es igual al producto R C. Esta
constante es igual de válida para calcular el tiempo de descarga de un condensador. En la teoría, un condensador tardaría un
tiempo infinito en cargarse o descargase totalmente; en la práctica se puede comprobar que transcurrido un tiempo igual a
cinco constantes de tiempo se puede dar por terminado prácticamente el proceso de carga o descarga del condensador.
De aquí surge el concepto de tensión de perforación, que
se define como la tensión máxima que es capaz de soportar un condensador sin que se destruya su dieléctrico.
Tensión de trabajo o nominal(V n): Por supuesto, no
es recomendable que la tensión a la que trabaja un condensador sea mayor que la de perforación. De aquí
nace el concepto de tensión de trabajo, que se define
como la tensión a la que, puede funcionar un condensador de una forma permanente sin sufrir daños. Esta
tensión es la que se encuentra indicada en la superficie
de los condensadores.
•
La tensión de trabajo de un condensador tiene una gran
incidencia en las dimensiones de éstos. Cuanta más tensión de trabajo posea el condensador, mayor tiene que
ser el espesor del dieléctrico, lo que hace que haya que
aumentar, en estos casos, la superficie de las placas para
conseguir una capacidad considerable. De tal forma que
podremos encontrar· condensadores de baja tensión y
elevada capacidad que presenten un tamaño similar al
de otros de elevada tensión y pequeña capacidad.
Ejemplo 5.3
Determinar la constante de tiempo del condensador del
circuito de la Figura 5.10. Calcular también el tiempo de
carga completa del condensador.
R
12 V
1
Ikn
T
Coeficiente de temperatura (T d: Al igual que ocurría
con las resistencias, la capacidad de un condensador
puede variar con la temperatura. Este coeficiente puede
ser positivo o negativo, aunque en la mayoría de los
condensadores resulta negativo.
•
le
c::::::J
T200 ~F
~ Tolerancia (%): Nos indica en tantos por ciento los
Figura 5.10.
valores en los que se encuentra la capacidad indicada por
el fabricante. Las tolerancias más comunes son del 5%,
10010, y 20% para todos los modelos de condensadores.
Solución:
La constante de tiempo será igual a:
1:
= R . C ;= 1.000 . 200 .
10-6
Por último, vamos a dar unos consejos para conseguir que
los condensadores tengan una larga vida una vez conectados
al circuito:
= 0,2 segundos
El tiempo total de carga se dará para cinco constantes
de tiempo:
'C =
5 . 1:
=
5 . 0,2
=
.d o
l segundo
•
Procurar que no queden expuestos a fuentes de calor
(resistencias de mucha potencia, transformadores, etc.).
•
Evitar dafíar la envolvente del condensador, ya que de
debilitarse su estanqueidad podría penetrar la humedad
ambiente en el dieléctrico. Esto suele producir muchos
fallos en los condensadores por perforación deldieléctrico. Dicha estanqueidad puede verse afectada simplemente al realizar una manipulación o soldadura incorrecta
durante el montaje en la placa del circuito impreso.
•
No someter al condensador a sobretensiones.
•
No conviene almacenar los condensadores con carga
•
Para descargarlos, hacerlo siempre a través de una resistencia, evitando las descargas mediante cortocírcu'itos.
5.6. Especificaciones técnicas
de los condensadores
Los condensadores, al igual que cualquier otro componente electrónico, vienen definidos por una serie de características. Éstas siempre las podemos encontrar en las hojas de especificaciones que nos facilita el fabricante.
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Láminas de
poliéster
Existe una gran variedad de tipos de condensadores en el
mercado, de los que conviene conocer sus principales camcterísticas, con objeto de poder utilizarlos para la aplicación
más idónea.
Al igual que las resistencias, existen condensadores variables a los que se les puede modificar su valor capacitivo. Estudiaremos aquí algunos de los condensadores fijos, que son los
de más extendida aplicación.
Figura 5.12. Condensador de poliéster.
Condensadores cerámicos
Condensadores de papel
impregnado
Estos condensadores uti I iz~n como dieléctrico compuestos
cerámicos de una constante dieléctrica muy elevada. Con
ellos se consiguen valores desde los pocos picofaradios hasta
los 100 nF. Soportan poca tensión.
Se fabrican enrollando dos láminas delgadas de aluminio de unos 0,006 mm de espesor (armaduras), separadas
por otras dos de un papel impregnado con cera o aceite
(dieléctrico). De esta forma, se consigue aumentar la superficie de las armaduras sin aumentar excesivamente el
tamaño del condensador. La tensión de trabajo depende del
espesor del papel.
1
Figura 5.13. Condensadores de cerámica.
láminas
de metal
j\
Figura 5.11. Condensador de papel impregnado.
Condensadores de papel
metalizado
En este caso, el papel es metalizado con el fin de evitar que
se formen vacíos entre las placas y el dieléctrico. De esta
forma se consigue reducir su tamaño. Además poseen la propiedad de "auto regeneración" del dieléctrico después de
sufrir una perforación del mismo. También se fabrica una versión similar de este condensador utilizando plástico en vez de
papel, dando como resultado condensadores de plástico
metalizado (condensadores film o MK), que mejoran las
características de los de papel.
Condensadores de plástico
Condensadores de mica
Aprovechando la facilidad con la que se pueden fabricar
láminas de mineral de mica de pequeño espesor uniforme, se
pueden construir condensadores intercalando láminas de mica
como dieléctrico y láminas de estaño o aluminio como placas.
Se suelen emplear en circuitos de transmisión y recepción de
radio (radiofrecuencia "RF").
Condensadores electrolíticos
de aluminio
Estos condensadores se diferencian bastante del resto por
sus características constructivas. Están constituidos por una
lámina de aluminio y otra de plomo sumergidas en una solución de cloruro de amonio (elcctrolito). Son condensadores
con los se consiguen capacidades elevadas en un volumen
reducido (desde IIlF hasta decenas de miles de microfaradios). Una de las características que diferencia a los condensadores electrolíticos de los demás es que tienen polaridad, es
decir, no pueden invertirse las conexiones indicadas en la
superficie del componente, ni, por tanto, aplicarse corriente
alterna. En caso contrario, el condensador se perfora. En la
actualidad se fabrican condensadores electrolíticos de tántalo que reducen el tamaño para la misma capacidad que uno
de aluminio. Además, el electrolito suele ser seco.
Actualmente son muy utilizados. Estos condensadores utilizan normalmente como dieléctrico el poliéster, poli carbonatos, estiroflex, etc. Su utilización tiene la ventaja de conseguir capacidades relativamente elevadas a tensiones que
lleguen hasta 1.000 V Y capacidades desde un nano faradio
hasta algunos microfaradios.
Figura 5,14. Condensadores electrolíticos.
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Cara
Por lo general, los valores de capacidad y tensión de trabajo aparecen inscritos en la superficie del condensador.
Cuando se trata de valores de capacidad con decimales no
se marca la coma, sino que en su lugar se pone la letra p (pico)
ó n (nano). Así, por ejemplo, un condensador de 3,9 nF se
puede identificar como 3n9 y uno de 0,56 pF como p56.
anterior
B-8
c/,~'
1\"
¡ 1,
Disco grande
En otras ocasiones se marca sólo la letra K, que signi lica
mil picofaradios, es decir, I nF. Por ejemplo, un condensador
de 100 K se identifica como 100 oF.
Otra forma de identificación consiste en utilizar un código
de colores similar al de las resistencias, pero incluyendo una
banda de color adicional para marcar la tensión de trabajo.
En la Tabla 5.2 se muestran los códigos de colores para
condensadores en pE
Disco pequeño
1\ BCD
A Be
\+11
[~)~U;J
Disco
"
~J
r:;,LLt~
Tubulares
Condensadores cerámicos
, ,~.,., ..._._",_,
.. ~~
.~..J
*Nota:Cuando en un condensador no se utiliza el código
decolores, la tolerancia se suele indicar con un código de
unaletra(Tabla 5.3).
Así por ejemplo, si encontramos un condensador con la
indicación lOO J, nos indicará una capacidad de 100 pF y una
tolerancia del 5%.
Seguidamente incluimos para los diferentes tipos de condensadores el significado de cada banda de color. La banda
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.d o
marcada con la letra F nos indica el coeficiente de temperatura dd condensador.
Polister metalizado
Tántalo
Figura S.1S. Códigos para diferentes tipos de condensadores.
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5.8. Identificación de los valores
de los condensadores
C
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Ejemplo 5.4
Determinar las características de un condensador de
poliéster metalizado que aparece en la Figura 5.16.
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5.9.1. Asociación de condensadores
•
en serie
La tcnsión apl icada al conjunto se reparte entre Jos termi·
nalcs de cada uno de los condensadores (Figura 5.18), de lal
forma que se cumple la relación: V = V AB + V BC + VeD' COIl
esta disposición cada uno de los condensadores trabaja a una
tensión más baja que la apl ¡cada al conjunto de los mismos.
Sin embargo la capacidad total obtenida es inferior a la de
cualquiera de ellos. Se cumple que:
Figura 5.16.
Solución:
Situemos las cifras que van asociadas a los colores en
el orden en que aparecen inscritos los mismos:
(B) (C)
CA)
(O)
(E)
Amarillo - AzuI- Rojo- Blanco - Rojo
(4)
(6)
r
(xJOO) (±10%) (250 V)
46· 100"" 4600 pF = 4,6 nF, ±IO%, 250 V
....
Ejemplo 5.5.
_ r __
2
e
CT11.C
=:
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11
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1
v
¿Cuáles son las características del condensador de tantalio de la Figura 5.17?
Figura 5.18. Asociación de condensadores en serie.
Veamos cómo se llega a este resultado:
Figura 5.17.
Como el circuito es en serie no existe más que una sola
intensidad y como el tiempo de carga (t) es igual para todos
los condensadores, si llamamos 01' O2 y O) a la carga que
consigue cada condensador respectivo, y 01' a la carga total,
tendremos que:
O,
Siguiendo la disposición de las cifras según la Figura
5.17.
(A)
O2
03
OT
1=-=-=-=-,
t
t
t
t
Solución:
(B)
(C)
de lo que se deduce que
0 1 = O2 =
Por otro lado tenemos que: Q
mos que:
=
Q3
= QT"
V . C, despejando V, tene'
Rojo (2)- Negro (O) - Azul (x 1.000.000)
20 . 1.000.000 = 20.000.000 pF = 20 IlF
(E)
Tensión nominal
= (Verde) = 18 V
Sustituyendo estos términos en la expresión de las tensiones:
V
=
V AH
+ V BC + Vell' tenemos que:
OT
O,
Q2
Q)
CT
C,
C2
C3
II
--=--+--+--
5.9. Asociación de condensadores
En el caso de que un condensador no disponga de la capacidad o tensión de trabajo adecuada para nuestras necesidades, se pueden acoplar entre si en serie o paralelo y así conseguir las características deseadas.
el
Como las cargas son iguales:
O
O
O
O
e,
C1
C2
C3
-=-+-+-
-7
5
1
1
1
1
CT
CI
C2
C3
-""-+-+-
De lo que se deduce la expresión de la capacidad total o
equivalente C T indícada al principio.
©
tTES-PARANINFO
s
y
o
c u -tr a c k
.c
Ejemplo 5.6
Se conectan en serie tres condensadores de 4 ¡.tF, 8 ¡lF Y
12 ¡.IF a una fuente de alimentación de 100 Ven C.C. Calcular la capacidad conseguida por el conjunto, así como la
tensión a la que trabaja cada uno de los condensadores.
Solución:
CT = - - - - - - =
1
1
1
=2,18 ¡.tF
v
-+-+CI
QT = V . CT =
C2
C3
= 2,18' 10-4 culombios = 0 1 = O2 = 0 3
Figura 5.19. Asociación de condensadores en paralelo.
Ql
VAIl "'-= .... ··=54,5V, V Bc = - = · .. ··=27,25V
Cl
Vel) = -
= ..... = 18,25 V
"'Nota: No olvidar que hay que operar con faradios.
La capacidad del conjunto se ha visto reducida; en
compensación, los condensadores trabajan a menos tensión que los 100 voltios aplicados al conjunto.
Ejemplo 5.7
Ejemplo 5.8
Se acoplan en paralelo tres condensadores de 4 ¡.tF, 8
)lF Y 12)lF a una fuente de alimentación de 100 V en
C. C. Averiguar la capacidad del conjunto, así como la
tensión a la que trabajan los condensadores.
Solución:
La capacidad total conseguida es:
Se dispone de un número ilimitado de condensadores de
100 ¡.IF de capacidad y 50 V de tensión de trabajo. ¿Cuántos
condensadores de este tipo s~ría necesario acoplar para conseguir un equivalente con una tensión de trabajo de 200 V y
una capacidad de 25 ¡lF? ¿Cómo hay que acoplarlos?
Solución:
Al acoplar cuatro condensadores 100 tlF en serie se
consigue una capacidad equivalente igual a:
C
T
100
= - - =25 ¡.tF
4
Al ser iguales los condensadores la tensión se reparte
por igual en cada condensador:
200
V = - - =50V
4
Con esta solución hemos con~eguido conectar a una
tensión de 200 V condensadores que sólo soportan 50 V.
Por supuesto se ha hecho a costa de reducir la capacidad
de 100 ¡.tF a 25 ¡.tF.
5.9.2. Asociación en paralelo
eT =
C 1 + C2 + C3 =
La tensión de trabajo de los condensadores es igual
para todos: 100 V.
Con este montaje hemos conseguido aumentar la capacidad mientras que la tensión de trabajo permanece invariable.
Ejemplo 5.9
Determinar cuántos condensadores de 20 ¡lF de capacidad y 5 V de tensión de trabajo hay que conectar para
conseguir un equivalente de 20 ¡lF 110 V.
Solución:
Al conectar dos condensadores en serie se consigue
tensión hasta 10 V a costa de reducir la capa_o
ddad a 10 ¡lE Si ahora conectamos otra rama de dos condensadores en serie que, a su vez, estén conectados en
paralelo con la otra rama, conseguiremos aumentarla
capacidad hasta los 20 ¡lf sin modificar la tensión, tal
como se indica en la Figura 5.20.
a~mentar la
2JIL~F
~ _-:, H:
,
En este acoplamiento, la tensión a la que quedan sometidos
todos los condensadores es la misma y coincide con la aplicada al conjunto (Figura 5.19).
La capacidad aumenta cuando se les conecta en paralelo.
Se cumple que:
© tTES-PARANiNFO
24 flF
=
,
20 ¡.tI' 20 ¡.tI'
1:
,
:
,
10 V
~._..
~~~
:
...
I
I
I
lO ~F
:
I
I
I
I()V
lO:
Figura 5.20.
,
I
I
,
¡
I
'.
10V
I
...t
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PD
XC
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c u -tr a c k
.c
y
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c u -tr a c k
.c
o
En estas direcciones encontrarás apuntes sobre los diferentes tipos de condensadores, sus características, así
como los códigos de colores que los identifican.
LJ Códigos para identificar cualquier condensador:
http://www.mrboo.com.arlinfonnacion/CapacitoreslinfÓ.l1tm
I1tt1)://www.ctv.es/US ER S/Icardaba/a !"ti e les/conden sadores/
condensadores.htm
htt1)://PCOrso.wanadoo .es/jaladro/curs¡IIo/index.htm1
nttp://www.faradnet.com/
http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/rlc/¡ndex.
html
http://perso.wanadoo.es/laladro/curs illo/index.html
http://members.fortunecity.esltelectronica/manual.htm
U Fabricantes y distribuidores dc condensadores:
O Conoce los condensadores electrolíticos:
http://www.comunidadelectronicos.com/articulos/electroliticos.htm
.d o
http://tritillm.fis.unb.br/Fis3Exp/fe¡m.csdc.comlfci !1l is/co
In pid/ca pslide nti ti cation.h tml
ht.tp://www.diotronic.com/diotronic/principal.htm
http://www.tienda-red.com/
http://www.ondaradio.es/esp/
bttp://www.avxcorp.com/Prodlnfo Listing.asp
http://www.bccomponents.com/
http://www.evoxrifa.com/
http://www.kemet.corñ/
http://www.lelon.com.tw/
http://www.vishay.com/
O Podrás encontrar más direcciones ordenadas por temas en
el Anexo I de este texto.
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e
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PD
XC
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c u -tr a c k
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y
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c u -tr a c k
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5.1 Consulta en Internet sobre los temas relacionados
con esta Unidad de Contenido e intenta contrastar
y ampliar la información obtenida. Además, busca
un fabricante de condensadores para circuitos
electrónicos y analiza las características de los diferentes tipos fabricados, como pueden ser: aplicaciones, dimensiones, tensiones, tolerancias, valores
capacitivos fabricados, etc.
de la Figura 5.6 y 5.8 Y mediante un voltímetro y
un amperímetro comprueba cómo evolucíona la
tensión y corriente en el proceso de carga y descarga del condensador. Calcula el valor teórico de
la constante de carga y comprueba experimentalmente si se cumple dicha relación.
.
Como en otras ocasiones, al finalizar cada una
de estas actividades deberás elaborar un infonne~
memoria sobre la actividad desarrollada, indicando
los resultados obtenidos y estructurándolos· en los
apartados necesarios para una adecuada documenta~
ción de las mismas (descripción del proceso seguí_O
do, medios utilizados, esquemas y planos utilizados,
cálculos, medidas, etc.)
5.2 Identificación de condensadores: Consigue diferentes tipos de condensadores e identifica sus características más relevantes.
5.3 Carga y descarga de un condensador: Conecta
un condensador de gran capacidad con una resistencia en serie, tal como se indicaba en el circuito
5.1 ¿Cuáles son las características que hay que conocer
para definir un condensador comercial?
5.5 ¿Qué puede ocurrir cuando se supera la tensión de
trabajo de un condensador?
A O Capacidad y potencia.
B O Capacidad, tipo de dieléctrico, separación
entre placas.
e [J Tipo, capacidad, tensión nominal, tolerancia
y coeficiente de temperatura.
A O El condeni>ador se calienta.
B O El condensador cambia la capacidad nominal.
e [J El condensador se puede perforar y destruir.
5.2 ¿Qué ocurre si en un circuito de lIna lámpara alimentada por lIna fuente de alimentación de C.C.
intercalamos en serie un condensador?
A O La lámpara se enciende durante un pequeño
tiempo y luego se apaga totalmente.
B O La lámpara se enciende normalmente.
e o La lámpara se enciende y se apaga constantemente.
5.3 ¿Qué ventajas
electrolíticos?
conlle~a
el
LISO
de condensadores
A O Soportan tensiones de trabajo fuertes.
B O Se consiguen altas capacidades y se pueden
emplear en C.A.
C O Se consiguen altas capacidades.
5.4 ¿Qué ventajas aporta la conexión de condensadores
en serie?
A O Se aumenta la capacidad del conjunto de
COndensadores acoplados.
B O Se consigue aumentar la tensión de trabajo
del conjunto de condensadores acoplados.
C O Se aumenta la tensión y la capacidad.
© !TES-PARANlNfO
5.6 Calcular la carga eléctrica que almacena un condensador de 1.000 IlF cuando es sometido a las
siguientes tensiones: 4 Y, 20 Y Y 100 Y respectivamente.
5.1,.
¿Qué espesor deberá tener el dieléctrico de un condensador plano de porcelana (E = 5,5) para conseguir una capacidad de 1 nF, si posee unas armaduras con unas dimensiones de 50 cm x 2 cm?
5.8 Determinar la constante de tiempo y el tiempo que
invierte un condensador de 100 Ilf cargado con 24
Y en descargarse totalmente a través de una resistencia de 100 Q.
5.9 Detennina las características de los condensadores de
poliéster metalizado que aparecen con los colores:
C I : (rojo, violeta, naranja, verde, azul)
C2 : (marrón, rojo, naranja, marr6n, rojo)
C 3 : (rojo, verde, gris, rojo, blanco, amarillo)
5.10 Determina las características de Jos condensadores de cerámica que aparece en la figura 5.21.
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C
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XC
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F-
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A O S condensadores agrupados en 2 ramas en
paralelo consistentes en 4 condensadores
conectado en serie.
B O 16 condensadores agrupados en 4 ramas de
4 condensadores en serie. Las ramas se
conectan en paralelo.
Tubular
Disco
Figura 5.21.
¿Qué colores les correspondería a los siguientes
condensadores de tantalio?:
el =
·
3,3 ~F110 V, C 2 = 57 }lF/25 V, C3 = 150
~W4V
Se dispone de un número ilimitado de condensa-
dores de 20 llF de capacidad y 5 V de tensión de
trabajo. ¿Cuántos condensadores de este tipo sería
· necesario acoplar para conseguir un equivalente
con una tensión de trabajo de 10 V Y unJ capaci· dad de 2,5 ¡.tF? ¿Cómo hay que acoplarlJs?
ACJ 4 condensadores en paralelo.
B CI 4 condensadores en serie.
¿Ypara conseguir un equivalente con una capacidad'de 40 llF Yuna tensión de trabajo de 25 V?
5.14 ¿Y para conseguir un equivalente con la misma
capacidad (10 ¡lF) Y una tensión de trabajo de
15 V?
A Q 9 condensadores agrupados en 3 ramas de 3
condensadores en serie. Las ramas se
conectan entre sí en serie.
B O 9 conden&.adores agrupados en 3 ramas de 3
condensadores en serie. Las ramas se
conectan entre sí en paralelo.
5.15 Se conectan en serie un condensador de 611F con
otro de 3 IlF a una tensión de 100 V. Se trata de
calcular la ¿apacidad y la carga del conjunto formado, así como la carga y tensión de cada condensador.
5.16 Se conectan en paralelo un condensador de 5 ¡lF
con uno de 15 IlF a una tensión de 100 V. Calcular la capacidad y la carga del conjunto fOTInado,
así como la carga de cada condensador.
¡.¡
© ¡TES-PARANINFO
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