Todo lo que necesitas saber sobre Capacitores!

Otro de los componentes que no suelen faltar en ningún equipo electrónico es el capacitor, pero por lo general no se sabe cómo funciona y para que se usa. La idea de este artículo permita acercar más a este tema y hacer ideas generales de su uso. 

¿Qué es un capacitor? 

Un capacitor también llamado de mal manera condensador  (Durante este articulo lo llamare condensador o capacitor indistintamente)  es un componente electrónico pasivo, es decir que necesita una fuente de energía para su funcionamiento y no tiene la controlar la corriente en un circuito (Al igual que las resistencias, diodos y bobinas).

El capacitor es un pequeño almacenador de cargas de la corriente que pasa por él, esa carga la va almacenando entre sus placas internas. Mientras el capacitor este cargado la carga se conserva.

Su construcción puede varia un poco dependiendo el "dieléctrico" y de la forma como este se encuentra, algunos están en placas y otros se encuentran enrollado. La estructura de los condensadores es simple, está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total, esto quiere decir que todo el campo eléctrico que genera una va a para la otra placa, estas superficies (pueden ser tablas, esferas o laminas) están separadas por un material dialectico o por vacío, siendo este utilizado para disminuir el campo eléctrico. Si se someten a una diferencia de potencial adquieren la determinada carga eléctrica (Un lado positivo y otro negativo). La carga almacenada en una placa es proporcional a la diferencia de potencial entre las placas, siendo la constante de proporcionalidad  llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F).

La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los capacitores, 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.

Los capacitores se representan de la siguiente forma, dependiendo del tipo de capacitor.

Usos del capacitor. 

• 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.

Tipos de condensadores más comunes según su tipo de dieléctrico.

Electrolíticos: Este capacitor usa 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 (ánodo), consiguiendo así capacidades muy elevadas. Son inadecuados para funcionar con corriente alterna.

• Grandes capacidades
• Límite de capacidad y factor de potencia no importante
• Pequeño tamaño por µF
• Funcionamiento y en corriente continua a tensiones no superiores a 450V
• Funcionamiento en alterna durante pequeños periodos de tiempo

Papel impregnado:  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. 

• Funcionamiento en corriente continua en altas tensiones
• Corriente alterna elevada en bajas frecuencias (1Kherz)
• Mediana Estabilidad 
• Capacidades mayores a 0,01µF
• Factor de potencia de aproximadamente 0,001.

Mica: Otro tipo de condensadores de plástico, muy utilizado en radio, por disponer de coeficiente de temperatura inverso a las bobinas de sintonía, logrando de este modo estabilidad en los circuitos resonantes.

• Capacidad menor de 0.05µF
• Alta estabilidad inicial
• Alta estabilidad con la temperatura
• Factor de potencia reducido

Cerámicos: Utiliza cerámicas de varios tipos para formar el dieléctrico. Existen diferentes 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.

• Coeficiente de temperatura (+) y (-)
• Capacidad menor o igual a 2µF
• Factor de potencia reducida
• Alta estabilidad con el tiempo

Identificación de los capacitores

Bueno en cuanto a la identificación de los capacitores, existen muchas nomenclaturas siendo los electrolíticos la más sencilla, ya que sus valores están explícitos en la cubierta del condensador.

Pero en otros casos o tipos de capacitores es algo confuso, encontrando por ejemplo "333J400".

Para descifrarlo no es muy difícil, solo hay que tener buena memoria… las dos primeras cifras marcan el valor inicial, el tercer se refiere al número de decimales y hay que agregar el termino pico faradios…

333 -> 33 + 3 ceros = 33000 pico faradios, que es equivalente a 33 nF

La letra marca el rango de tolerancia (la letra J indicaría una tolerancia del 5%, K sería del 10%, y M del 20%), es decir que en nuestro caso es de 5%.

Finalmente los últimos números indican el voltaje máximo que permite, en nuestro caso seria 400 voltios.

Cabe decir que en otros casos, como en los cerámicos encontraremos solo los 3 números iniciales no más. 

Instalación de capacitores

Bueno, como ya pudimos ver existen varios tipos de condensadores… Unos con polaridad y otros que no. Principalmente los capacitores electrolíticos poseen polaridad por tanto hay que respetarla… Existen al menos dos métodos para identificar la polaridad, el primero es fijarse en la cubierta del capacitor donde encontraras un franja indicando cual lado es el negativo y el otro corresponde el tamaño de sus pines o patitas (al igual que los leds), la pata más corta corresponde al negativo y listo.

Para el caso de los no polares como los capacitores cerámicos no importa como lo conectes. 

Cálculos en circuitos de capacitores.

Los capacitores al igual que las resistencias  pueden ser instalados tanto en serie como en paralelo, obteniendo una capacidad total equivalente (Ct) para el conjunto de capacitores. El cálculo de esta capacidad equivalente se puede realizas mediante expresiones muy pero muy simples. También se puede conocer las caídas de potencias y la carga almacenada en cada capacitor. 

Cuando no tengamos un componente específico podremos calcular si podemos obtener el equivalente con componentes que si tengamos.

Capacitores en Serie

El circuito de capacitores en serie se realiza conectando uno tras uno los capacitores, obteniendo una capacidad total entre el primera patita del primer capacitor y el último.

La capacidad total (o equivalente) en serie se calcula sumando las inversas de cada una de las capacidades y calculando el inversa del resultado, es decir.

1/Ct = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + … + 1/Cn

La caída de tensión (Voltaje) corresponde a la suma de las caídas de tensión de cada capacitor.

Vt = V1 + V2 + V3 + … + Vn

La carga de cada uno de los capacitores en serie es igual a la de los demás y es igual a la carga equivalente acumulada en todo el circuito.

qt = q1 = q2 = q3 = … = qn

También podemos calcular cada carga usando la formula  q = C V en cada capacitor.

q1 = C1 x V1

q2 = C2 x V2

q3 = C3 x V3

La carga total equivalente (q_t) es igual a la carga sobre cualquier capacitor es decir:

qt = Ct x Vt

Capacitores en Paralelo

El circuito de capacitores en paralelo se realiza conectándolos todos a los mismos dos bornes es decir que todos tiene en común la entrada y en común la salida.

La capacidad total (o equivalente) en paralelo se calcula sumando las capacidades de cada uno de los capacitores.

Ct = C1 + C2 + C3 + … + Cn

Al estar unidos todos los capacitores por una misma entrada, ellos reciben la misma diferencia de potencial (Voltaje), por lo que todos ellos tienen la misma caída de tencion y es igual a la caída de tención total.

Vt = V1 = V2 = V3 = … = Vn

La carga total es igual a suma de las cargas almacenadas en cada capacitor

qt =  q1 + q2 + q3 + … + qn

Al igual que en circuitos en serie, también podemos calcular cada carga usando la formula  q = C V en cada capacitor, recordando que esta ves V es igual para cada una de las cargas.

q1 = C1 x V1

q2 = C2 x V2

q3 = C3 x V3

Es decir, que al ser V el mismo, puede verse que las cargas que almacena cada capacitor para una determinada tensión aplicada no son iguales si las capacidades son distintas.

Con esto damos fin con el tema de los capacitores, espero que le haya sido de ayuda este artículo, cualquier duda o aporte no dudes en comentar. El próximo articulo hablaremos de las Protoboards y su uso. Que estén súper bien, nos vemos en la próxima entrega.