CAPACITANCIA&

CAPACITORES

¿QUE ES UN CAPACITOR?

Un capacitor es un componente electrónico, elcual puede describirse como dos placas dematerial conductor, separadas por unaislamiento, comúnmente llamado dieléctrico, esposible que los materiales dieléctricos –como elaire o el papel- retengan una carga debido a quelos electrones libres no pueden fluir a lo largo deun aislador, sin embargo esta carga debe seraplicada por alguna fuente.

• El capacitor es representado como dos placasmetálicas, separadas por aire y conectadas a unafuente de voltaje de corriente directa, al cerrar elinterruptor el circuito está aún abierto , ya que noexiste ningún contacto físico entre las dos placas, sinembargo el amperímetro indicará un flujomomentáneo de corriente, cuando se cierra elinterruptor, los electrones de la Terminal negativa dela batería fluirán a una de las placas del capacitor, esoselectrones repelerán a los de la segunda placa y éstosserán atraídos a la Terminal positiva de la batería, elcapacitor estará entonces con el mismo potencial quela fuente y se opondrá al voltaje de dichafuente, podría retirarse el capacitor del circuito y estepermanecerá cargado. La energía está almacenada enel campo eléctrico del capacitor

PRIMER CAPACITOR DE LA HISTORIA

El primer capacitor de la historia lo inventaron simultáneamente dos físicos en el mismo año 1745 en dos países diferentes: Pieter van Musschenbroek, de nacionalidad holandesa, en la Universidad de Leide, situada muy cerca de la ciudad de Ámsterdam y Ewald Georg von Kleist, en Alemania.

En un principio el primitivo capacitor se componía de una botella de vidrio llena de agua y una tapa atravesada por un clavo en contacto con en el agua. Por ese motivo se le denominó “Botella de Leyden”, en alusión a la universidad donde se creó.

En 1747 John Bevis, físico y astrónomo inglés, eliminó el agua y revistió la botella con dos capas de papel de aluminio, una interna y otra externa. Ambas capas quedaban separadas de forma equidistante por el propio vidrio de la botella, que a su vez hacía función de aislante

¿QUE ES LA CAPACITANCIA?La capacitancia de un circuito puede definirsecomo la propiedad de oponerse a cualquiercambio de voltaje y puede compararse a lainductancia, que es la propiedad de oponerse acualquier cambio en la corriente, es importantemencionar que no pasan electrones a través delcapacitor ya que bloquea a la corriente directa, sinembargo una de las placas se cargaránegativamente y la otra positivamente y existe uncampo eléctrico entre ellas, por lo que esteelemento almacena carga eléctrica en eldieléctrico, la palabra “almacenar”, significa que lacarga permanece aún después de haberdesconectado la fuente de voltaje.

La capacitancia se determina por medio del número deelectrones que pueden almacenarse en un capacitor por cadavolt aplicado. La unidad de la capacitancia es el Farad yrepresenta una carga de un COULOMB que eleva el potencial enun volt, vista en forma de ecuación queda de la siguiente forma:

• C (en farads) = Q (en Couloms) / E (en Volts)

La capacitancia se determina por medio de:

1.- El material utilizado como aislante

2.- El área de las placas

3.- La distancia entre las placas.

Estos factores se encuentran relacionados en una fórmula matemática como sigue:

C = 0.255 (KA /d) (n – 1)

En donde:

• K = Constante dieléctrica

• A = área de un lado de una placa, en pulgadas cuadradas.

• d = La distancia de las placas en pulgadas.

• n = Número de placas.

TIPOS DE CAPACITORESExisten tres categorías diferentes de capacitores:

- De capacidad fija, con láminas metálicas paralelas

- Semifijos o de capacidad ajustable

- De capacidad variables (prácticamente en desuso, pueshan sido sustituido por diodos varicap o varistor)

Además, de acuerdo con el tipo de corriente que empleanpara su funcionamiento, los capacitores fijos pueden ser“polarizados” o “no polarizados”. Los no polarizados seemplean en circuitos de corriente alterna (C.A.), mientrasque los polarizados como son los capacitores“electrolíticos”, se emplean en circuitos energizadoscon corriente directa (C.D)

Según la forma en que se encuentren colocados losterminales de conexión en la cápsula o cuerpodel capacitor, estos pueden ser: "A" axialeso "B" radiales

CAPACITORES MÁS UTILIZADOS Entre los nuevos tipos de capacitores que surgieron apartir de los últimos años del siglo pasado y que másse emplean hoy en día en los circuitos electrónicos, seencuentran los siguientes de acuerdo con el tipo dedieléctrico que utilizan:

• Cerámica

• Cerámica multicapa

• Mica-plata

• Poliéster metalizado

• Polietileno

• Polipropileno

• Supercapacitores

• Tantalio

En la actualidad los capacitores se fabrican endiferentes tamaños y formas para trabajarcon tensiones que cubren desde muy pocos voltioshasta miles de voltios y variadas capacidades. Sutamaño puede ser lo mismo de unos pocos milímetrossolamente, como es el caso de los SMD (SurfaceMounted Device – Dispositivo montado ensuperficie), o de varios centímetros de longitud oaltura, como los empleados para corregir el factor depotencia en las líneas de distribución eléctrica. Acontinuación aparece una breve selección dediferentes tipos de capacitores:

Capacitores MKP que emplean poliéster metalizadocomo dieléctrico. Este que específicamente apareceen la foto, tiene una capacidad de 0,1 mF y estáconcebido para trabajar con 275 voltios de corrientealterna (C.A.).

Capacitores de disco de cerámica de baja tensión (decolor naranja) y de poliéster metalizado (de colorverde). Los capacitores de cerámica se fabrican conmuy pequeñas capacidades y su tamaño también espequeño. Se emplean, fundamentalmente, en circuitosde alta frecuencia y junto con los capacitoreselectrolíticos, son los más ampliamente utilizados enelectrónica.

Delante, al centro y atrás acostados se pueden vercapacitores. electrolíticos de diferentestamaños, capacidades y voltajes de trabajo.

Supercapacitor electrolítico de alta capacidad decarga, de 1 faradio y 5 voltios de corriente directa.

Capacitores electrolíticos SMD ( Surface MountedDevice – Dispositivo montado en superficie ), de 560mF y 5 voltios de corriente directa (C.D.) de trabajo.

Conjunto de diferentes dispositivos SMD instalados enun circuito impreso. En este circuito los capacitoresestán identificados por la letra “C” (C4, C5 y C6)y, como se puede ver, ninguno sobrepasa los 3 mm delongitud.

Capacitor de 1,5 mF y 400 volt C.A. de tensión detrabajo, conectado al circuito de un motor de unventilador de corriente alterna monofásica paraayudar a romper la inercia del rotor durante elarranque.

Capacitor de 16 mF y 450 volt C.A. de tensión detrabajo, utilizado comúnmente también en el arranquede motores de corriente alterna monofásicos.

Capacitor electrolítico de tantalio, de amplio uso entelefonía móvil. Sustituyen a los capacitores electrolíticoscomunes de aluminio, ya que pueden almacenar una cargamayor siendo mucho más pequeños. Esta cualidadlo convierte en un elemento ideal para la fabricación demuchos dispositivos electrónicos portátiles de reducidotamaño. Al igual que los capacitores electrolíticos comunesde aluminio, estos son también polarizados.

Banco de capacitores utilizados para corregir el factor de potencia o "coseno de fi" en circuitos de distribución de energía

eléctrica con alto consumo de corriente reactiva, como ocurreen fábricas e industrias donde funcionan al mismo tiempomuchos motores de corriente alterna.

Como se puede observar, en las fotos se muestran solamentealgunos tipos de capacitores, pero existen infinidad de variantesque cumplen diferentes funciones en los circuitos eléctricos yelectrónicos, para trabajar tanto con corriente alterna(C.A), como con corriente directa (C.D.)

LECTURA DE LOS VALORES DE LOS CAPACITORES

Existe una codificación precisa para indicar el valor de lasresistencias, el famoso sistema de las bandas de color. Por elcontrario, con los capacitores (o condensadores), los fabricantesusan distintos métodos creando a veces un poco de confusión.

Foto de un capacitor electrolítico en el que podemos observarclaramente el valor de capacidad y la tensión máxima de trabajo

Para valores mayores de 1uF (como por ejemplo con loselectrolíticos de aluminio o de tantalio) generalmente escribenel valor en el cuerpo seguido por la abreviación de microfarad(uF). Para valores por debajo de 1 uF (1 microfarad) el tema esmenos claro. Generalmente se usa una codificación que consisteen un numero de tres dígitos seguido por una letra.

Capacitores poliester para alta tensión

Capacitores para altísima tensión (12.000V) de 2nF

Típico capacitor de 100nF usado en la mayor parte de los proyectos de inventable

Volviendo al sistema de codificación para capacitores entre 1pF y 1uF (la casi totalidad de los capacitores a excepción de los electrolíticos), decíamos que el valor se encuentra indicado con un número de tres dígitos seguido por una letra. Las dos primeros dígitos indican el número inicial mientras que el tercer dígito representa la cantidad de ceros que es necesario agregar al número inicial para obtener el valor final. El resultado obtenido es necesario considerarlo en picofaradios.

-Tres ejemplos de codificación. En el primer diseño se observa solo el valor en pF, en el segundo se encuentra indicada también la tolerancia mientras que en el tercero podemos observar el valor, la tolerancia y la tensión máxima de trabajo

Código de colores delos capacitores

Determinar el valor de un capacitor por medio del código de colores no es difícil y se realiza sin problemas.

Al igual que en los resistores este código para capacitores permite, de manera fácil, establecer su valor.

Tabla del código de colores de los capacitores

El código 101 de los capacitores

El código 101 es muy utilizado como código para capacitores cerámicos. Muchos de ellos que tienen su valor impreso, como los de valores de 1 uF o más. Donde: uF = microfaradio

• Ejemplo: 47 uF, 100 uF, 22 uF, etc.

Para capacitores de menos de 1 uF, la unidad de medida es el pF(picoFaradio) y se expresa con una cifra de 3 números.

Los dos primeros números expresan su significado por si mismos, pero el tercero expresa el valor multiplicador de los dos primeros. Ver la siguiente tabla.

• Ejemplo:

Un capacitor que tenga impreso el número 103 significa que su valor es 10 + 1000 pF = 10,000 pF.

Ver que 1000 tiene 3 ceros (el tercer número impreso).En otras palabras 10 más 3 ceros = 10,000 pF

El significado del tercer número se muestra en la siguiente tabla

Tabla de tolerancia del código 101 de los capacitores

• Ejemplo:

Un capacitor tiene impreso lo siguiente:

104H104 significa 10 + 4 ceros = 10,000 pFH = +/- 3% de tolerancia.

474J474 significa 47 + 4 ceros = 470,000 pF,J = +/- 5% de tolerancia.470.000pF = 470nF = 0.47µF Algunos capacitores tiene impreso directamente sobre ellos el valor de 0.1 o 0.01, lo que sindica 0.1 uF o 0.01 uF