República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión San Cristóbal, Estado Táchira

Condensadores

Profesor: Ing. Emilio Escalante Asignatura: Sistemas Eléctricos Alumno: Andersson Duque C.I: 25.594.358

San Cristóbal, Julio de 2.015. Condensador

Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado.Está compuesto, básicamente, por un par de armaduras separadas por un material aislante denominado dieléctrico. La capacidad de un condensador consiste en almacenar mayor o menor número de cargas cuando está sometido a tensión.

Simbolos de los Condensadores

Funcionamiento

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 1 voltio, estas 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. Los condensadores

obtenidos a partir de supercondensadores (EDLC) son la excepción. Están hechos de carbón activado para conseguir una gran área relativa y tienen una separación molecular entre las "placas". Así se consiguen capacidades del orden de cientos o miles de faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el reloj Kinetic de Seiko, con una capacidad de 1/3 de faradio, haciendo innecesaria la pila. También se está utilizando en los prototipos de automóviles eléctricos.

El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente fórmula:

C: Capacitancia o capacidad

Q1: Carga eléctrica almacenada en la placa 1.

V1-V2: Diferencia de potencial entre la placa 1 y la 2.

Energía almacenada

Cuando aumenta la diferencia de potencial entre sus terminales, el condensador almacena carga eléctrica debido a la presencia de un campo eléctrico en su interior; cuando esta disminuye, el condensador devuelve dicha carga al circuito.

Carga y descarga

Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en paralelo, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a través de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circulará en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.

Carga

Descarga

Donde:

V(t) es la tensión en el condensador. Vi es la tensión o diferencia de potencial eléctrico inicial (t=0) entre las placas del condensador.

Vf es la tensión o diferencia de potencial eléctrico final (a régimen estacionario t>=4RC) entre las

placas del condensador. I(t) la intensidad de corriente que circula por el circuito.

En corriente alterna

En CA, un condensador ideal ofrece una resistencia al paso de la electricidad que recibe el nombre de reactancia capacitiva, XC, cuyo valor viene dado por la

inversa del producto de la pulsación

Si la pulsación se expresa en radianes por segundo (rad/s) y la capacidad en faradios (F), la reactancia resultará en ohmios. De acuerdo con la ley de Ohm, la corriente alterna que circule por el condensador se adelantará 90º respecto a la tensión aplicada.

Asociaciones de condensadores

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

de capacidades será simplemente la suma algebraica.

También vale recordar que el cálculo de la capacidad equivalente en paralelo es similar al cálculo de la resistencia de dos dispositivos en serie, y la capacidad o capacitancia en serie se calcula de forma similar a la resistencia en paralelo.

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:

e0 es la permitividad del vacío ≈ 8,854187817... × 10−12 F·m−1 er es la constante dieléctrica o permitividad relativa del material dieléctrico entre las placas; A es el área efectiva de las placas; y d es la 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 cambien 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.

Características técnicas generales

Capacidad nominal: 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.

Tolerancia: Diferencia entre las desviaciones, de capacidad, superiores o inferiores según el fabricante.

Tensión nominal:Es la tensión que el condensador puede soportar de una manera continua sin sufrir deterioro,

Clasificación

Condesadores fijos

Son componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican en función del material dieléctrico y su forma. Pueden ser: de papel, de plástico, cerámico, electrolítico, de mica, de tántalo, de vidrio, de poliéster, Estos son los más utilizados. A continuación se describirá, sin profundizar, las diferencias entre unos y otros, así como sus aplicaciones más usuales

Consensadores de papel

El dieléctrico es de celulosa impregnada con resinas o parafinas. Destaca su reducido volumen y gran estabilidad frente a cambios de temperatura. Tienen la propiedad de autor regeneración en caso de perforación. Las armaduras son de aluminio. Se fabrican en capacidades comprendidas entre 1uF y 480uF con tensiones entre 450v y 2,8Kv.Se emplean en electrónica de potencia y energía para acoplamiento, protección de impulsos y aplanamiento de ondulaciones en frecuencias no superiores a 50Hz.

Condensadores de plástico

Sus características más importantes son: gran resistencia de aislamiento (lo cual permite conservar la carga gran ), volumen reducido y excelente comportamiento a la humedad y a las variaciones de temperatura, además, tienen la propiedad de autor regeneración en caso de perforación en menos de 10s. Los materiales más utilizados son: poli estireno (styroflex), poliéster (mylar), poli carbonato (Macrofol) y politetrafluoretileno (teflón). Se fabrican en forma de bobinas o multicapas.También se conocen como MK. Se fabrican de 1nF a 100mF y tensiones de 25-63-

160-220-630v, 0.25-4Kv. Se reconocen por su aspecto rojo, amarillo y azul.

Condensadores cerámicos

Los materiales cerámicos son buenos aislantes térmicos y eléctricos. El proceso de fabricación consiste básicamente en la metalización de las dos caras del material cerámico.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.

Condensadores electrolíticos

Permiten obtener capacidades elevadas en espacios reducidos. Actualmente existen dos tipos: los de aluminio, y los de tántalo. El fundamento es el mismo: se trata de depositar mediante electrolisis una fina capa aislante. Los condensadores electrolíticos deben conectarse respetando su polaridad, que viene indicada en sus terminales, pues de lo contrario se destruiría.

Condensadores de mica

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). Se están sustituyendo por los de vidrio, de parecidas propiedades y más barato.

Condensadores variables

Constan de un grupo de armaduras móviles, de tal forma que al girar sobre un eje se aumenta o reduce la superficie de las armaduras metálicas enfrentadas, variándose con ello la capacidad. El dieléctrico empleado suele ser el aire, aunque también se incluye mica o plástico.

Condensadores ajustables

Denominados también trimmers, los tipos más utilizados son los de mica, aire y cerámica.

Usos

Los condensadores suelen usarse para:

Baterías, por su cualidad de almacenar energía. Memorias, por la misma cualidad. Filtros. Fuentes de alimentación.

Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes.

Demodular AM, junto con un diodo. Osciladores de todos los tipos. El flash de las cámaras fotográficas. Tubos fluorescentes. Compensación del factor de potencia. Arranque de motores monofásicos de fase partida. Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

Campo Eléctrico

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo electromagnético

Hay una gran variedad de Formas de Onda que pueden representar la variación de un voltaje o de una corriente en un circuito eléctrico, pero existe un grupo de ellas que aparecen muy frecuentemente en el análisis de circuitos eléctricos

La Función Escalón Unitario

Esta función se representa mediante el símbolo u(t) y se define de la siguiente manera: Su valor es igual a uno para todo tiempo mayor que cero e igual a cero para todo tiempo menor que cero, tal como se expresa en la siguienteecuación: u(t) = 1 t > 0 0 t < 0

La Función Rampa Unitaria

Esta función se representa mediante el símbolo r(t) y se define de la siguiente manera: Su valor es igual a t para todo tiempo mayor que cero e igual a cero para todo tiempo menor que cero, tal como se expresa en la siguiente ecuación: r(t) = t t > 0 0 t < 0

La Función Impulso Unitario

Para definir esta función se va a considerar que se tiene una función pulso fp(t) de forma rectangular y área igual a la unidad, cuya duración es ε y cuyaamplitud es 1/ε α ⌠δ(t) dt = 1 -α

La Función Exponencial

En muchos circuitos eléctricos existen voltajes y corrientes que pueden representarse matemáticamente utilizando la Función exponencial

f9(t) = A e – αtu(t)

La Función Sinusoidal

Otra de las funciones que representa las formas de onda de los voltajes ycorrientes existentes en muchos circuitos eléctricos es la señal sinusoidal. Este tipo de señal puede representarse utilizando la función seno o la función coseno.

Los parámetros más importantes de una señal sinusoidal son los siguientes:

La amplitud (A), la cual se define como la magnitud desde el nivel de referencia hasta el punto más positivo (o valor pico) de la señal.

La frecuencia (f), la cual se define como el inverso del período de la señal,siendo éste el tiempo transcurrido entre dos puntos que tienen las mismas características.