martes, 2 de noviembre de 2010

Condensadores


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Un componente tan sencillo, un componente tan tonto, que a veces y según donde esté, lo puedes quitar y el aparato sigue funcionando sin verse nada anormal, y en cambio, los problemas que pueden generar cuando envejecen, llegando a inutilizar por completo una placa electrónica.
 
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¿Qué es un condensador?
 De hecho, todos hemos tenido un condensador en las manos multitud de veces, seguro que cada día tocamos varios y no lo sabemos. Si, así es, y es tan sencillo como un cable eléctrico. El cable que tocamos, son de hecho dos conductores paralelos, aislados entres sí y que cada cable interior (conductor) lleva corriente opuesta (fase y neutro, positivo y negativo). Esto es un condensador, evidentemente muy pequeño e inútil para tal propósito. Cuando vemos una placa electrónica, podemos ver varios tipos diferentes, pero es como los coches, son todos iguales, cambia el color, el material, el combustible, pero todos tienen 4 ruedas, motor de explosión y volante y frenos, distintas maneras de trabajar pero iguales en su base.

Definición
Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico.
Va a tener una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad, que deberemos aprender a distinguir.

Características    

Los capacitores se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes capacitores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia, así como en :

o    VENTILADORES
o    MOTORES DE AIRE ACONDICIONADO
o    ILUMINACIÓN
o    REFRIGERACIÓN,
o    COMPRESORES
o    BOMBAS DE AGUA
o    MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA















Clasificación 

Los capacitores se fabrican en gran variedad de formas y se pueden mandar a hacer de acuerdo a las necesidades de cada uno. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado, de esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:


o    PLÁSTICO.
o    MICA.
o    ELECTROLÍTICOS.
o    DE DOBLE CAPA ELÉCTRICA

Capacitor

Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.
En su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra positivamente (Q+) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice que el capacitor se encuentra cargado con una carga Q.

Caracteristicas               

Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico, pero si queremos que pase la alterna.

Los capacitores se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes capacitores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia.
Además son utilizados en: Ventiladores, motores de Aire Acondicionado, en Iluminación, Refrigeración, Compresores, Bombas de Agua y Motores de Corriente Alterna, por la propiedad antes explicada.

ü CAPACITOR IDEAL
Vamos a suponer que construimos un aparato que consiste de dos placas metálicas paralelas conectadas mediante cables a una fuente electromotriz. La fuente electromotriz será, por el momento, un misterioso aparato cuya función es la de llevar cargas eléctricas desde un punto de potencial bajo hasta un punto de potencial alto. Nótese que, para hacer esto, la fuente electromotriz debe invertir energía, toda vez que su acción se opone a la tendencia natural de las cargas de ir de un punto de alto potencial a un punto de bajo potencial.

ü  CAPACITORES FIJOS
Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por él fabricante y su valor no se puede modificar. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico. usado.
De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos

  • ·         Cerámicos
  • ·         Plástico
  • ·         Mica
  • ·         Electrolíticos
  • ·         De doble capa eléctrica
Capacitores cerámicos
El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material más usado en el dióxido de titanio. Este material confiere al condensador grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar en 2 grupos:
o    Grupo I:
Caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante.
o    Grupo 2:
Su coeficiente de temperatura no ésta prácticamente definido y además de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento. Se caracterizan por su elevada permisividad.

Capacitores de plástico
Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de funcionamiento y según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los tipos K y tipo MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el segundo).

Capacitores de mica.
El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el tiempo.

Capacitores electrolíticos
En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos aparecen polarizados.
Podemos distinguir dos tipos:
·         Electrolíticos de aluminio : la armadura metálica es de aluminio y el electrolito de tetraborato armónico.
·         Electrolítico de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo más elevado.

Capacitores de doble capa eléctrica.
Estos capacitores también se conocen como supercapacitores o CAEV debido a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen. Se diferencian de los capacitores convencionales en que no usan dieléctrico por lo que son muy delgados. Las características eléctricas más significativas desde el punto de su aplicación como fuente acumulada de energía son: altos valores capacitivos para reducidos tamaños, corriente de fugas muy baja, alta resistencia serie, y pequeños valores de tensión.

CAPACITORES VARIABLES
Estos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre capacitores variables, su aplicación conlleva la variación con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparación y puesta a punto).

Capacitores de tantalio
Actualmente estos capacitores no usan el código de colores (los más antiguos, sí); con el código de marcas la capacidad se indica en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. La terminal positiva se indica con el signo 

Capacitancia
Se define como la razón entre la magnitud de la carga de cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos.
La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante para un capacitor dado. En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica.
La capacitancia tiene la unidad del SI coulomb por volt. La unidad de capacitancia del SI es el farad (F), en honor a Michael Faraday.
CAPACITANCIA = 1F = 1 C
Dieléctrica

Se dice de la sustancia aislante o no conductor de la electricidad, es decir, capaz de mantener un campo eléctrico en estado de equilibrio sin que pase corriente eléctrica por él. Las moléculas de un dieléctrico pueden ser polares o no. En el primer caso, en presencia de un campo eléctrico, los dipolos orientan en su dirección. En el segundo, los dipolos sólo se forman cuando actúa el campo (dipolos inducidos). La polarización de un dieléctrico (orientación o creación de los dipolos moleculares) disminuye los efectos del campo eléctrico aplicado; por esta razón aumenta la capacidad de un condensador al poner un dieléctrico entre sus armaduras. Debido a la orientación de los dipolos al establecer un campo eléctrico, aparece un exceso de carga (cargas de polarización) en ambas superficies del dieléctrico. La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas sumergidas en un dieléctrico es menor que cuando están fuera de él.


RIGIDEZ DIELECTRICA.
Para cada dielectrico, hay un potecial que si se le aplica, romperia los enlaces en el interior del aislante y haria que circulara la corriente. La tensión necesaria por unidad de longitud ( intensidad del campo electrico ) para provocar la conducción en un material dielectrico es una indicación de su rigidez dielectrica y se denomina tensión de roptura. Cuando se produce , el capacitor tiene características muy similares a la de un resistor. Un ejemplo tipico de ruptura es el de los rayos, que se producen cuando el potencial entre las nubes y la tierra es tan alto que puede pasar una carga de unas a las otras a través de la atmosfera, que actuan como dielectrico.
Las fuerzas dielectricas promedio para varios dielectricos se tabulan en volts/mil in .

CAMPO ELÉCTRICO
Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.
Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos.

Permitividad

La permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica. Por ejemplo, en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a un potencial menor, llevando a una mayor capacitancia del mismo

La permitividad (o impropiamente constante dieléctrica) es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio.

La permitividad del vacío  es 8,8541878176x10-12 F/m.


CONSTANTE DIELECTRICA

La constante dieléctrica o permitividad relativa de un medio continuo es una propiedad macroscópica de un medio dieléctrico relacionado con la permitividad eléctrica del medio. En relación la rapidez de las ondas electromagnéticas en un dieléctrico es:

<!--[if !vml]-->v= \frac{c}{(k * km)^(0,5)} <!--[endif]-->
Donde k es la constante dieléctrica y km es la permeabilidad relativa

El nombre proviene de los materiales dieléctricos, que son materiales aislantes o muy poco conductores por debajo de una cierta tensión eléctrica llamada tensión de rotura. El efecto de la constante dieléctrica se manifiesta en la capacidad total de un condensador eléctrico o capacitor. Cuando entre los conductores cargados o paredes que lo forman se inserta un material dieléctrico diferente del aire (cuya permitividad es prácticamente la del vacío) la capacidad de almacenamiento de la carga del condensador aumenta. De hecho la relación entre la capacidad inicial Ci y la final Cf vienen dada por la constante eléctrica:

<!--[if !vml]--> K = \frac{C_f}{C_i} = \frac{\varepsilon}{\varepsilon_0} = \varepsilon_r = (1+\chi_e)<!--[endif]-->



Además el valor de la constante dieléctrica K de un material define el grado de polarización eléctrica de la substancia cuando esta se somete a un campo eléctrico exterior. El valor de K es afectado por muchos factores, como el peso molecular, la forma de la molécula, la dirección de sus enlaces (geometría de la molécula) o el tipo de interacciones que presente.

Cuando un material dieléctrico remplaza el vacío entre los conductores, puede presentarse la polarización en el dieléctrico, permitiendo que se almacenen cargas adicionales.

La magnitud de la carga que se puede almacenar entre los conductores se conoce como capacitancia ésta depende de la constante dieléctrica del material existente entre los conductores, el tamaño, la forma y la separación de los mismos.



Donde ε es la permitividad eléctrica del dieléctrico que se inserta.
Farad            
Un faradio es la unidad estándar de la capacitancia. Se define como la capacidad necesaria para crear un Coulomb de carga estática para cada voltios de diferencia de potencial. Otra definición es la capacidad que podría cambiar es la diferencia de potencial de un voltio si un amperio de corriente fluía por un segundo.
Historia de la Farad

El faradio se define formalmente en una conferencia internacional en 1881, y lleva el nombre de (1791-1867 Michael Faraday), un físico británico. El símbolo es F, y siempre se escribe en mayúsculas. El faradio veces se confunde con la de Faraday, una antigua unidad de carga que ha sido sustituido por Coulomb.
Faradios de medición
Faradios se mide con un medidor de capacitancia o multímetro. Un medidor de capacidad adecuada se requiere para medir las fugas de condensadores, inductancia y resistencia serie equivalente.

Microfaradio, Nanofaradio, y Picofaradio
El faradio es un valor grande en comparación con otras unidades estándar. Los valores típicos son por lo general una fracción de un faradio. El microfaradios es una millonésima parte de un Farad, la nanofaradio es una milésima parte de un microfaradios, y un Picofaradio es una millonésima parte de un microfaradios. Grandes condensadores industriales puede almacenar miles de faradios, mientras que los condensadores Picofaradio son los más pequeños disponibles.
Condensador variable
Un condensador variable es un condensador cuya capacidad puede ser modificada intencionalmente de forma mecánica o electrónica. Son condensadores provistos de un mecanismo tal que, o bien tienen una capacidad ajustable entre diversos valores a elegir, o bien tienen una capacidad variable dentro de grandes límites. Los primeros se llaman trimmers y los segundos condensadores de sincronización, y son muy utilizados en receptores de radio, TV, etcétera, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio.

Tipos de condensadores Variables mecánicamente

o    Secciones Múltiples


A menudo, se fijan las múltiples secciones del estator/rotor una detrás de otra sobre el mismo eje, lo que permite que varios circuitos de sintonización se puedan regular usando el mismo control, por ejemplo un preselector, un filtro de entrada y el correspondiente oscilador de un circuito receptor.

o    Mariposa

Un condensador de mariposa es un tipo de condensador variable con dos conjuntos independientes de placas de estator enfrentadas, y un rotor en forma de mariposa, colocado de forma que al girar el rotor varíen por igual las capacidades entre el rotor y el estator.

o    Estátor fraccionado


El condensador variable de estator fraccionado está estrechamente relacionado y no tiene la limitación del ángulo de 90º ya que usa dos paquetes separados de electrodos de rotor dispuestos axialmente uno detrás de otro. En cambio, en un condensador con varias secciones, las placas del rotor de un condensador de estator fraccionado se montan en caras opuestas del eje del rotor

o    Diferencial

Los condensadores de diferencial variable también tienen dos estatores independientes, pero a diferencia del condensador de mariposa donde las capacidades en ambas caras se incrementan por igual mientras el rotor gira, en un condensador de diferencial variable la capacidad de uno de los sectores se incrementará mientras la otra disminuirá, manteniendo constante la capacidad estator a estator. Por tanto, los condensadores de diferencial variable pueden usarse en circuitos de capacidad potenciométricos.