Montaje y mantenimiento de los sistemas elctrico y electrnico. I.E.S. JUAN MARTN EL EMPECINADO. LOS CONDENSADORES El condensador es un componente muy utilizado en la Electrotecnia (sobre todo en la Electrnica). Se puede decir que un condensador es un elemento capaz de almacenar pequeas cantidades de energa elctrica en un momento determinado (cargarse de electricidad) para devolverla cuando sea necesaria (descarga de electricidad). Un condensador consiste, bsicamente, en dos placas metlicas conductoras separadas por un material aislante, denominado dielctrico, como el aire, papel, cermica, mica, plstico, etc. Normalmente, este dielctrico se dispone en forma de lmina muy fina para conseguir que las placas metlicas, denominadas armaduras, se encuentren lo ms prximas una de otra.

Proceso de carga de un condensador

Capacidad de un condensador Se denomina capacidad de un condensador a la propiedad que stos poseen de almacenar mayor o menor cantidad de electricidad. La cantidad de cargas que puede almacenar un condensador depende fundamentalmente, de la tensin aplicada entre sus armaduras y de sus caractersticas constructivas. Cuanto mayor sea la superficie de las armaduras, menor la distancia que separa las armaduras y mejor la calidad del aislante, mayor ser la capacidad de almacenar cargas del condensador. Si llamamos Q a la cantidad de carga almacenada por el condensador, C a la capacidad del condensador y V a la tensin entre las armaduras, resulta que: Q = C V La unidad de capacidad es el Faradio (F) y se puede definir como la capacidad de un condensador que almacena una carga de un culombio cuando se le aplica entre sus placas un voltio de tensin. El faradio es una unidad muy grande, por lo que se utilizan submltiplos del mismo: Milifaradio (mF) Microfaradio (F) Nanofaradio (nF) Picofaradio (pF) 1 mF = 10-3 F 1 F = 10-6 F 1 nF = 10-9 F 1 pF = 10-12 F 1/7

Montaje y mantenimiento de los sistemas elctrico y electrnico. I.E.S. JUAN MARTN EL EMPECINADO. Relacin de la capacidad del condensador con sus caractersticas constructivas Los factores de los que depende la capacidad de un condensador son: S = superficie de las armaduras en m2 d = espesor del dielctrico en m = constante dielctrica de la sustancia aislante La expresin matemtica que liga a estos componentes es: S C= 9 4 9 10 dTabla de valores de constantes dielctricas de distintos materiales Sustancia Aire Papel Polister Mica Porcelana Vidrio 1 2 a 2.8 3 3a6 4.5 a 6 5 a 10

PROCESO DE CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR Carga de un condensador Con ayuda del circuito de la figura vamos a estudiar el proceso de carga y descarga de un condensador.

La resistencia R se ha conectado en serie con el circuito para retardar el proceso de carga. El ampermetro (A) nos indicar la intensidad de carga y el voltmetro (V) la tensin a que queda sometido el condensador en todo momento. Cuando el conmutador se posiciona en el punto (1) el condensador se pone en contacto con el generador y comienza su proceso de carga. En el primer momento la diferencia de cargas que existe en el condensador es cero y, por lo tanto, al no haber nada que se oponga al establecimiento de la corriente, la intensidad que indicar el ampermetro en el primer momento de conexin ser igual a:

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Montaje y mantenimiento de los sistemas elctrico y electrnico. I.E.S. JUAN MARTN EL EMPECINADO. i max = E R

Grficas de intensidad y tensin de la carga y descarga de un condensador

I = Im ax e

1 t RC

1 t RC V = E max 1 e

V = E max e

1 t RC

Segn se va cargando el condensador la tensin de ste ir creciendo, tal como lo podramos comprobar con el voltmetro. En consecuencia, la diferencia de potencial que existe entre el generador y el condensador se hace ms pequea y, por consiguiente, se ir reduciendo la intensidad de carga. Cuando el condensador alcanza la misma tensin que el generador se completa el ciclo de carga y la intensidad de corriente queda interrumpida. En las curvas de carga de la figura anterior se puede apreciar claramente este proceso. En conclusin, un condensador en C.C. slo deja pasar la corriente durante el corto periodo de tiempo que dura su carga. Al cabo de este tiempo acta como un interruptor abierto. Descarga de un condensador Al cambiar de posicin el conmutador de la figura, el condensador se descarga por la resistencia.

En un primer momento la intensidad es grande, ya que el condensador tiene toda la tensin (la misma que la del generador). Segn se va descargando el condensador, la tensin se va reduciendo y, con ella, la intensidad de la corriente. Cuando el condensador se descarga totalmente la intensidad y la tensin se anulan, tal como se ha representado en las curvas de descarga. 3/7

Montaje y mantenimiento de los sistemas elctrico y electrnico. I.E.S. JUAN MARTN EL EMPECINADO. Constante tiempo de carga y descarga de un condensador Se conoce por constante de tiempo al tiempo que invierte el condensador en adquirir el 63% de la carga total. La constante de tiempo de condensador es igual al producto R*C. Esta constante es igual de vlida para calcular el tiempo de descarga de un condensador. En teora, un condensador tardara un tiempo infinito en cargarse o descargase totalmente; en la prctica, se puede comprobar que transcurrido un tiempo igual a cinco constantes de tiempo se puede dar por terminado prcticamente el 100% del proceso de carga o descarga del condensador. Actividad Resuelta Determinar la constante de tiempo del condensador del circuito de la Figura 9.10. Calcular tambin el tiempo de carga completa del condensador.

Solucin: la constante de tiempo ser igual a:

= R C = 1000 2000 10 6 = 0,2segundosEl tiempo total de carga se dar para cinco constantes de tiempo: t = 5 = 5 0,2 = 1segundo Especificaciones tcnicas de los condensadores Los condensadores, al igual que cualquier otro componente electrnico, vienen definidos por una serie de caractersticas. stas siempre las podemos encontrar en las hojas de especificaciones que nos facilita el fabricante. Capacidad nominal: El valor de la capacidad de un condensador puede cambiar con la frecuencia de trabajo (Hz) y con la temperatura ambiente, por lo que los fabricantes facilitan la capacidad junto con estos ltimos parmetros. Tensin de perforacin del dielctrico o tensin pico (Up): Recuerdas cmo el globo descrito anteriormente estallaba en pedazos al aumentar la presin? De igual forma, si un condensador es sometido a una tensin excesiva, el dielctrico no podr soportarlo y se perforar. Tngase en cuenta que las armaduras estn muy prximas y un aumento de la tensin produce, a su vez, un aumento de atraccin entre las cargas de ambas armaduras. De aqu surge el concepto de tensin de perforacin, que se define como la tensin mxima que es capaz de soportar un condensador sin que se destruya su dielctrico. Tensin de trabajo o nominal (Un): Por supuesto, no es recomendable que la tensin a la que trabaja un condensador sea mayor que la de perforacin. De aqu nace el 4/7

Montaje y mantenimiento de los sistemas elctrico y electrnico. I.E.S. JUAN MARTN EL EMPECINADO. concepto de tensin de trabajo, que se define como la tensin a la que puede funcionar un condensador de forma permanente sin sufrir daos. Esta tensin es la que se encuentra indicada en la superficie de los condensadores como se puede apreciar en la figura.

La tensin de trabajo de un condensador tiene una gran incidencia en las dimensiones de stos. Cuanta ms tensin de trabajo posea el condensador, mayor tiene que ser el espesor del dielctrico, lo que hace que haya que aumentar, en estos casos, la superficie de las placas para conseguir una capacidad considerable. De tal forma que podremos encontrar condensadores de baja tensin y elevada capacidad que presenten un tamao similar al de otros de elevada tensin y pequea capacidad. Coeficiente de temperatura (Tc): Al igual que ocurra con las resistencias, la capacidad de un condensador puede variar con la temperatura. Este coeficiente puede ser positivo o negativo, aunque en la mayora de los condensadores resulta negativo. Tolerancia (%): Nos indica en tantos por ciento los valores en los que se encuentra la capacidad indicada por el fabricante. Las tolerancias ms comunes son del 5, el 10 y el 20% para todos los modelos de condensadores. Por ltimo, vamos a dar unos consejos para conseguir que los condensadores tengan una larga vida una vez conectados al circuito: - Procurar que no queden expuestos a fuentes de calor (resistencias de mucha potencia, transformadores, etc.). - Evitar daar la envolvente del condensador, ya que de debilitarse su estanqueidad podra penetrar la humedad ambiente en el dielctrico. Esto suele producir muchos fallos en los condensadores por perforacin del dielctrico. Dicha estanqueidad puede verse afectada simplemente al realizar una manipulacin o soldadura incorrecta durante el montaje en la placa del circuito impreso. -No someter al condensador a sobretensiones. -No conviene almacenar los condensadores con carga. -Para descargarlos, hacerlo siempre a travs de una resistencia, evitando las descargas mediante cortocircuitos. APLICACIONES PRCTICAS DE LOS CONDENSADORES Las aplicaciones de los condensadores en electricidad son entre otras: - Se utilizan como filtros en los rectificadores (dispositivos que convierten la C.A. en C.C). Con ellos se consigue que la tensin obtenida sea ms continua. - Correccin del factor de potencia en los sistemas de corriente alterna. - Arranque motores monofsicos. - Etc.

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Montaje y mantenimiento de los sistemas elctrico y electrnico. I.E.S. JUAN MARTN EL EMPECINADO. TIPOS DE CONDENSADORES Condensadores de papel impregnado: se fabrican enrollando dos lminas delgadas de aluminio de unos 0,006 mm de espesor (armaduras), separadas por otras dos de un papel impregnado con cera o aceite (dielctrico). De esta forma, se consigue aumentar la superficie de las armaduras sin aumentar excesivamente el tamao del condensador. La tensin de trabajo depende del espesor del papel.

Condensadores de plstico: Estos condensadores utilizan normalmente como dielctrico el polister y el estiroflex. Su utilizacin tiene la ventaja de conseguir capacidades relativamente elevadas a tensiones que lleguen hasta 1000 V y capacidades desde un nanofaradio hasta algunos microfaradios.

Condensadores cermicos: estos condensadores utilizan como dielctrico compuestos cermicos de una constante dielctrica muy elevada. Con ellos se consiguen valores desde los pocos picofaradios hasta los 100 nF. Soportan poca tensin.

Condensadores electrolticos: estn constituidos por una lmina de aluminio y otra de plomo sumergidas en una solucin de cloruro de amonio (electrlito). Se consiguen capacidades elevadas en un volumen reducido (desde 1F hasta decenas de miles de microfaradios).

Una de las caractersticas que diferencia a los condensadores electrolticos de los dems es que tienen polaridad, es decir, no pueden invertirse las conexiones indicadas en la superficie del componente, ni, por lo tanto, aplicarse corriente alterna. En caso contrario, el condensador se perfora. 6/7

Montaje y mantenimiento de los sistemas elctrico y electrnico. I.E.S. JUAN MARTN EL EMPECINADO. ASOCIACIN DE CONDENSADORES Asociacin de condensadores en serie La tensin aplicada al conjunto se reparte entre los terminales de cada uno de los condensadores, de tal forma, que se cumple la relacin: V = VAB + VBC + VCD. Con esta disposicin cada uno de los condensadores trabaja a una tensin ms baja que la aplicada al conjunto de los mismos. Sin embargo, la capacidad total obtenida es inferior a la de cualquiera de ellos. Se cumple que: CT = 1 1 1 1 + + C1 C 2 Cn

Asociacin de condensadores en paralelo Con este acoplamiento la tensin a la que quedan sometidos todos los condensadores es la misma y coincide con la aplicada al conjunto. La capacidad aumenta cuando se les conecta en paralelo. Se cumple que: CT = C1 + C 2 + + C n

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