- Todo sobre los condensadores. Parte 1: Funcionamiento y capacidad
- Todo sobre los condensadores. Parte 2: Características y tipos
- Todo sobre los condensadores. Parte 3: Conexión serie y paralelo
- Todo sobre los condensadores. Parte 4: Carga y descarga
Los condensadores (también llamados popularmente capacitores) son componentes de uso generalizado en numerosas aplicaciones eléctricas y electrónicas, tales como el arranque de motores, corrección de factor de potencia, fuentes de alimentación y cargadores, filtros, circuitos temporizadores y un largo etcétera. En esta serie de artículos veremos varios aspectos relacionados con su uso y funcionamiento.
Principio de funcionamiento
Un capacitor elemental puede ser construido a partir de dos láminas o placas metálicas conductoras separadas por un material aislante denominado dieléctrico, tal como aire, papel, cerámica, mica, plástico, etc.
Normalmente el dieléctrico se dispone en forma de lámina muy fina para que las placas metálicas se encuentren lo mas próximas unas de otras.
Si conectamos las placas de un capacitor a una fuente de tensión como una pila, veremos que hay un movimiento de cargas eléctricas desde los bornes de la pila a las placas.
Los electrones del borne negativo de la pila se irán acumulando en la placa inferior, y los que existían en la placa superior serán atraídos por el borne positivo de la pila, dejando una carga positiva. Este proceso durará un tiempo hasta que las mismas cargas de las placas impidan el movimiento de otras cargas desde la pila. Cuando se detiene el movimiento de cargas decimos que el capacitor está cargado.
Si analizamos el proceso desde el punto de vista de la energía, podemos decir que se transfirió energía desde la pila al condensador, donde queda almacenada.
Si conectamos al capacitor cargado una lámpara, se producirá el efecto opuesto: las cargas de las placas se moverán hacia la lámpara, encendiéndola. Esto seguirá hasta que se vuelva al equilibrio de cargas, momento en que decimos que el capacitor está descargado.
Puedes ver la carga y descarga de un capacitor en la siguiente simulación. En la pantalla inicial selecciona “Bombilla”. Luego, sube el voltaje de la pila. Las cargas se mueven hacia las placas hasta que el capacitor se carga. Luego mueve el interruptor a la derecha conectando la lámpara y observa que sucede.
Capacidad o capacitancia
Se llama capacidad (o capacitancia) de un condensador a su “habilidad” de almacenar carga. Mientras más carga pueda almacenar, mayor será su capacidad. La unidad de medida de la capacidad es el Faradio.
El Faradio es una unidad relativamente grande, por lo que
habitualmente se utilizan sus submúltiplos:
1 mF = mili Faradio = 10 -3 Faradios
1 μF = micro Faradio = 10 -6 Faradios
1 nF = nano Faradio = 10 -9 Faradios
1 pF = pico Faradio = 10 -12 Faradios
Vuelve a la simulación y observa en la parte superior de la pantalla que se muestra el valor de la capacitancia (o capacidad) del capacitor simulado expresada en pico faradios (pF) ya que en realidad el Faradio es una unidad muy grande.
Prueba a cambiar la separación entre las placas y su tamaño y observa como incide ésto en el valor de la capacitancia. También observa la cantidad de carga que se almacena en cada caso y que pasa al descargar el capacitor através de la lámpara.
¿Cómo cambia la capacidad con la separación entre placas?¿Y con su tamaño?
En el caso particular de un capacitor como éste, de placas planas y paralelas, la capacidad viene dada por la siguiente fórmula:
donde:
C: Capacidad en Faradios
Ɛ0: constante dieléctrica del vacío
Ɛr: Constante dieléctrica relativa del dieléctrico utilizado
A: Área de las placas (m2)
d: distancia entre las placas (m)
Ejemplo:
Calcular la capacidad de un capacitor de placas paralelas con un área de 1 m2, separadas 1 cm y con un dieléctrico de papel (constante dieléctrica relativa = 2.5)
Solución:
C = Ɛ0 * Ɛr * A /d = 8.854×10 -12 * 2.5 * 1 /0.01 =
= 2.21×10 -9 Faradios = 2,21 nF
Como se pude ver, aunque las placas son enormes (1m x 1m) la capacidad es muy pequeña.
Los capacitores comerciales no se fabrican en la forma de placas paralelas.
En un próximo artículo veremos los distintos tipos de capacitores, la simbología empleada para representarlos y cómo se conectan.