Condensadores

En esencia, un condensador es un sistema formado por dos conductores que poseen la misma carga eléctrica aunque de signo contrario. Permiten almacenar grandes cantidades de carga sin que el potencial sea muy elevado.

Los símbolos utilizados para su representación en los circuitos eléctricos y electrónicos son los que siguen:

ondensador no polarizado. Condensador polarizado

Para que un condensador almacene carga eléctrica es necesario que exista una diferencia de potencial entre los conductores que lo forman. Ello se consigue conectando cada uno de los conductores o armaduras a los bornes de una fuente de tensión: uno al positivo y otro al negativo.

Las dos armaduras poseerán la misma carga neta, aunque el signo de una será contrario al de la otra. Para que esta carga no se transfiera de un conductor a otro es necesario separarlos con un medio aislante denominado dieléctrico.
Cargas condensadores

A = armadura con carga eléctrica positiva.
B = armadura con carga eléctrica negativa.
D = dieléctrico que separa a los dos conductores o armaduras.
UAB = diferencia de potencial entre las armaduras.

Carga y capacidad del condensador

Se denomina carga de un condensador al valor absoluto de la carga eléctrica de uno cualquiera de los dos conductores o armaduras que lo constituyen:
Q= |Q+|= |Q-|

La capacidad de un condensador es la relación que existe entre la carga que posee y la diferencia de potencial entre sus armaduras:
C = Q / (Ua – Ub)

Capacidad de un condensador plano

Un condensador plano está formado por dos armaduras paralelas cargadas, separadas por un dieléctrico.

Condensador plano

Condensador plano


Siendo S la superficie de cada una de las placas o armaduras y d la distancia que las separa, la capacidad de un condensador plano viene dada por la siguiente fórmula:
C = e (S/d)
Donde:
S = superficie en m2.
d = separación entre armaduras expresada en m.
e = constante dieléctrica.

Valor de la constante del dieléctrico

Todos los condensadores utilizan un material denominado dieléctrico para separar sus armaduras. Como se ha visto, este material aislante tiene una gran influencia en el valor de la capaci dad de un condensador.

Cada tipo de material utilizado como dieléctrico está caracterizado por una constante representada por la letra. La siguiente tabla muestra los valores de la constante dieléctrica para los materiales más frecuentemente utilizados:
Material Valor e
Vacío 8,85 x lO-12
Aire 8,85 x l0-12
Mica 54 x lO-12
Glicerina 500 x 10-12
Petróleo 13 x lO-12
Rigidez dieléctrica
Experimentalmente se demuestra que al aplicarle una diferencia de potencial muy elevada a las armaduras de un condensador, llega un momento en el que éste explota. Ello se debe a que el dieléctrico se ha perforado.

Realmente, lo que tiene lugar es una descarga entre las armaduras del condensador, produciéndose una transferencia de carga de una a otra que revierte en la destrucción del material dieléctrico.

Se denomina rigidez-dieléctrica a la diferencia de potencial máxima que se puede aplicar a un condensador sin que éste se perfore.

La rigidez dieléctrica se mide en voltios/cm. y representa los voltios máximos que se pueden aplicar a las armaduras del condensador por cada cm. de dieléctrico. Dicha característica la pro porciona el fabricante de los condensadores.

Asociación de condensadores en serie

Dentro de un circuito eléctrico o electrónico pueden conectarse varios condensadores para conseguir una determinada capacidad resultante. Los condensadores, al igual que ocurría con los resistores, pueden asociarse de dos formas: en serie o en paralelo. En la asociación en serie, los condensadores aparecen conectados tal como ilustra la siguiente figura:

Asociación de condensadores en serie.

Asociación de condensadores en serie.

Al aplicar una diferencia de potencial entre los extremos A y B, se creará en la armadura positiva del condensador C1 una carga Q+ que, a su vez, inducirá una carga Q- en la armadura negativa de dicho condensador. Esta armadura inducirá una nueva carga Q+ en el condensador C2. Y así sucesivamente, según se observa en la figura.

El resultado es que todos los condensadores asociados en serie tendrán la misma cantidad de carga. En consecuencia, la capacidad total se determinará por medio de la siguiente expresión:
1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 +…+ 1/Cn
Por lo tanto: la inversa de la capacidad total es igual a la suma de las inversas de las capacidades de cada uno de los condensadores.

Asociación de condensadores en paralelo

La capacidad resultante de la conexión en paralelo de un conjunto de condensadores elementales es igual a la suma de las capacidades de cada componente asociado:
C = C1 + C2 + C3 + + Cn
Asociación de condensadores en paralelo

Nomenclatura de los condensadores

La definición de un condensador se establece por medio de tres características que figuran inscritas en el cuerpo del componente:

Nomenclatura del condensador

Nomenclatura del condensador


* Capacidad nominal: capacidad eléctrica del componente, expresada en algún submúltiplo del Faradio.

* Tolerancia: porcentaje máximo de variación que puede presentar la capacidad real del condensador con respecto a la capacidad nominal señalada por el fabricante.

* Tensión máxima de trabajo: tensión máxima que puede aplicarse al condensador sin que llegue a perforarse el dieléctrico.

Tipos de condensadores

Al igual que sucedía con los resistores, los condensadores admiten una primera clasificación atendiendo a la facultad de modificar o no la capacidad del componente:

* Condensadores fijos: su capacidad es fija y determinada por el fabricante del componente.

* Condensadores ajustables: la capacidad de estos componentes es modificable a voluntad entre dos valores extremos.

Los condensadores ajustables están constituidos por armaduras paralelas unidas a un eje común. Moviendo este eje, varía la superficie de armaduras que aparece enfrentada, modificándo se, en consecuencia, el valor de la capacidad eléctrica del componente.

El símbolo representativo de los condensadores ajustables es el que sigue:

Clasificación de los condensadores fijos

Atendiendo al tipo de dieléctrico utilizado, los condensadores fijos pueden ser de muy diverso tipo. En todo caso, siempre se encuadrarán en una de las dos categorías que siguen:

* Condensadores no polarizados: admiten tensiones positivas o negativas en cualquiera de sus armaduras (sus terminales no están polarizados). Destacan, principalmente, los condensado res de tipo cerámico y de poliéster, denominados así por el dieléctrico que utilizan.

* Condensadores polarizados en estos componentes, la tensión más positiva debe aplicarse necesariamente al terminal marcado como positivo. Los más
relevantes son los condensadores electrolíticos de aluminio y los de tántalo; ambos se caracterizan por sus elevadas capacidades.

Condensadores fijos

En virtud de la naturaleza del material dieléctrico utilizado, existen muy diversos tipos de condensadores fijos. Los más importantes son los que se relacionan a continuación:

* Condensadores de aire: suelen ser de capacidad variable, alcanzando una capacidad máxima de 500 pF. Se utilizan en circuitos resonantes o de sintonía.

* Condensadores de mica: son muy precisos y estables, y su capacidad suele estar comprendida entre los 50 pF y l0.000 pF.
Sobre una base de mica se depositan dos capas plateadas independientes (las armaduras). La forma externa de estos condensadores suele ser cuadrada o rectangular.

* Condensadores de papel: formados por láminas metálicas enrolladas y separadas por hojas de papel encerado. La capacidad de estos componentes oscila enre 100 pF y 1 μF.

* Condensadores de poliéster y de plástico: ofrecen capacidades cuyo máximo se sitúa en torno a los 25 μF.
Los condensadores de plástico se construyen a partir de dos hojas de material conductor, por ejemplo de aluminio, separadas por un dieléctrico de plástico. El conjunto se encapsula adoptando una geometría cilíndrica o aplanada.
Dos láminas de poliéster metalizadas por una de sus caras constituyen el punto de partida para la construcción de los condensadores de poliéster metalizado. Las láminas se unen y bobinan de tal forma que el plástico constituye el medio dieléctrico entre las armaduras metalizadas. La tensión de trabajo de este tipo de componentes capacitivos puede llegar a los 1.000 Voltios.

* Condensadores cerámicos: actualmente muy utilizados en circuitería electrónica. Son capaces de soportar elevados voltajes dada su alta rigidez dieléctrica.
Están constituidos por un núcleo cerámico de forma tubular cuyas superficies interior y exterior se encuentran metalizadas con un leve depósito plateado. De las superficies metalizadas par ten los terminales que servirán para su conexión a los circuitos. El tipo de condensador cerámico más habitual es el que presenta forma de disco.

* Condensadores electrolíticos: pueden alcanzar capacidades de varios milifaradios, sin aplicarles un voltaje excesivo.

Condensadores electrolíticos

En los condensadores electrolíticos la armadura negativa es un recipiente metálico, normalmente una lámina de aluminio, una de cuyas superficies está recubierta por óxido de aluminio que actúa como dieléctrico.

Sobre la capa de óxido se coloca una hoja de papel impregnada de un líquido conductor denominado electrolito, y sobre ésta una segunda lámina de aluminio. El conjunto se enrolla e introdu ce en una cápsula cilíndrica.

Condensador electrolítico

Condensador electrolítico

Debido a que el dieléctrico -la capa de óxido de aluminio- posee un espesor muy reducido, la distancia entre las armaduras es muy pequeña y, en consecuencia, la capacidad de los condensadores electrolíticos muy grande.

En los condensadores electrolíticos de tántalo las láminas son de este material, en lugar de aluminio, y el electrolito es seco. Para una misma capacidad, su tamaño es inferior al de un condensador electrolítico de aluminio.
Los electrolíticos son condensadores de tipo polarizado, es decir: el positivo del condensador ha de conectarse al potencial más alto. De ahí que no se utilicen en corriente alterna, ya que este tipo de corriente cambia periódicamente su polaridad.

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