EL CONDENSADOR

Que es el condensador ?

Es un dispositivo que tiene la facultad de retener una carga de electrones. El número de electrones que puede almacenar con un determinado voltaje, es una medida de su capacitancia..

Historia

En octubre de 1745, Ewald Georg von Kleist de Pomerania en Alemania encontró que la carga podría ser almacenada mediante la conexión por medio de un cable de un generador electrostático de alto voltaje a un volumen de agua en un frasco de vidrio de mano

El condensador Historia

El año siguiente, (1746) el físico holandés Pieter van Musschenbroek después de haber trabajado en la Universidad de Leiden inventó un condensador similar, que fue nombrado la botella de Leyden.

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El término capacitancia fue utilizado por primera vez, por Alessandro Volta en 1782, haciendo referencia a la capacidad de un dispositivo para almacenar una mayor densidad de carga eléctrica que un conductor aislado normal.

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Daniel Gralath fue el primero en combinar varios frascos de forma paralela formando una "batería“ para aumentar la capacidad de almacenamiento de carga

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Benjamin Franklin investigó la botella de Leyden y "demostró" que la carga se almacena en el vaso, no en el agua como otros lo han asumido. También adoptó el término "batería", posteriormente este termino se aplica a grupos de células electroquímicas.

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Más tarde otras botellas de Leyden fueron obtenidas mediante el recubrimiento del interior y el exterior de los frascos con una lámina metálica, dejando un espacio en la boca para evitar la formación de arcos entre las láminas. La unidad más temprana de la capacitancia era la jarra, equivalente a alrededor de 1 nanofaradio.

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• El principio del condensador electrolítico fue descubierto en 1886 por Charles Pollack, como parte de su investigación en la anodización del aluminio y otros metales. Pollack descubrió que debido a la delgadez de la capa de óxido de aluminio producida, había mucha capacitancia entre el aluminio y la solución de electrolito. . Le fue concedida una patente para el condensador electrolítico de aluminio con disolución de bórax en 1897.

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El desarrollo de los receptores de radio domésticos de corriente alterna, a finales de los 1920 requirieron de la producción de condensadores de alta capacidad (para la época) y alto voltaje, como mínimo de 4 microfaradios y hasta 500 voltios

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El primer prototipo de un condensador electrolítico moderno fue patentado por Julius Lilienfield en 1926. Su diseño seguía las líneas del condensador de mica y plata, pero con papel empapado en electrolito en lugar de la mica

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El ingeniero retirado del ejército de Estados Unidos Ralph D. Mershon desarrolló el primer condensador electrolítico para radio comercialmente disponible en cualquier cantidad. . El "condensador Mershon" como se le conoció, estaba construido como un condensador de papel convencional, con dos largas tiras de película de aluminio enrolladas con tiras de papel empapado en solución electrolítica.

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No fue hasta la segunda guerra mundial cuando se dedicaron suficientes recursos para encontrar las causas de los problemas, que los condensadores electrolíticos se convirtieron en los componentes útiles que son hoy en día.

Su construcción básica consta de dos conductores próximos entre sí, pero separados por un aislante que se denomina dieléctrico. Los conductores se hacen generalmente de hojas delgadas de aluminio, y el dieléctrico es una pieza muy delgada o película de un material aislante

Construcción

Descripción

Los condensadores constan de dos placas metálicas (armaduras) enfrentadas y separadas por un aislante polarizable (dieléctrico), como aire, papel, cerámica, mica, plásticos, etc. El hecho de que el dieléctrico sea aislante significa que no permite que las cargas que llegan hasta el condensador lo atraviesen; sin embargo, el hecho de ser un material polarizable indica que sus moléculas al estar en un campo eléctrico se orientan en forma de dipolos de modo que el polo negativo se ve atraído por la placa cargada positivamente y viceversa

Descripción

Estas placas se van llenando de cargas positivas y negativas respectivamente, hasta alcanzar el mismo potencial de la fuente. Si la tensión de la fuente baja, el condensador cede sus cargas hasta igualar la tensión, de esta forma el campo eléctrico externo e interno se igualan.

Funcionamiento

Condensador de placas Paralelas Está formado por dos grandes placas conductoras paralelas. En la practica las placas pueden ser láminas metálicas muy finas, separadas y aisladas una de otra por una hoja de papel.

El condensador funcionamiento

La cantidad de carga sobre las placas depende de la diferencia de potencial y de la geometría del condensador; por ejemplo, del área y separación de las placas en un condensador de placas paralelas. Sea Q la magnitud de carga sobre cada placa y V la diferencia de potencial entre las placas. La relación Q/V se llama Capacidad C.Esta magnitud expresa la “capacidad” de almacenar carga que posee el condensador bajo una determinada diferencia de potencial

Energía en un condensador

Para determinar la energía acumulada en un condensador basta con tener en cuenta su capacidad y la tensión a la que está alimentado. E = C. V 2 / 2 Para que obtener la energía en Julios debemos trabajar con la capacidad en faradios y la d. d. p. en voltios.

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La unidad del SI de la capacidad es el culombio, por voltio y se denomina Faradio (F) en honor al gran físico experimental ingles, Michael Faraday: 1F = 1 C/VComo el faradio es una unidad relativamente grande, se utilizan frecuentemente los submúltiplos: 1 mF = 1*10-3 F 1 mF = 1*10-6 F 1 nF = 1*10-9 F 1 pF = 1*10-12 F

Características de los condensadores

• Capacidad• Es la propiedad de almacenar cargas eléctricas al

estar sometidos a una tensión. • La capacidad de un condensador puede variar en

función de: • a) La distancia de las placas • b) El número de placas • c) El dieléctrico • d) La temperatura • Su cálculo se realiza al tener en cuenta la

relación existente entre las cargas • almacenadas y la tensión. • C = Q / V • Siendo: C = Capacidad en faradios. • Q = Carga almacenada en culombios. • V = Diferencia de potencial en voltios

Coeficiente de temperatura

Como todos los elementos electrónicos, el condensador se ve afectado por la temperatura, y al aumentar esta, disminuye su capacidad.

Corriente de fuga

Si mantenemos cargado un condensador durante largo tiempo, a través del dieléctrico hay un paso de electrones llamado corriente de fuga, disminuyendo así la capacidad del condensador. Por ello, el dieléctrico debe tener gran resistencia de aislamiento, que disminuye con el aumento de la humedad y de la temperatura. Los más afectados son los de papel, mica y cerámicos, por este orden. Hay que tener en cuenta que no debemos colocar los condensadores cerca de ninguna fuente de calor, ni de humedad, ni aplicarles una tensión excesiva.

El factor ESRESR significa Equivalent Series Resistance: Resistencia Serie Equivalente. La Resistencia Serie Equivalente, o ESR, es una medida que podríamos considerar muy similar al factor de mérito "Q" para las bobinas. Define la calidad de un condensador, su aislamiento y su capacidad de carga descarga, lo cual es importante para determinar si se halla en buen o mal estado de funcionamiento,Los condensadores electrolíticos tienen a menudo un cierto nivel de resistencia en serie con su capacidad, y la variación de su capacidad nominal es también reflejo del cambio de su valor normal de ESR

Tensión en los condensadores

Existen varias tensiones que caracterizan a un condensador, pero a continuación sólo vamos a detallar las más significativas. Tensión de prueba, suele ser el doble o el triple de la tensión a la que normalmente va a trabajar el condensador, se emplea para comprobar las características de los aislantes. Tensión de trabajo, es la máxima tensión a la que se le puede hacer trabajar permanentemente al condensador sin que se deteriore. Tensión de pico, es la máxima tensión a la que se le puede hacer trabajar durante intervalos cortos de tiempo, generalmente viene en minuto por hora de funcionamiento

Carga del condensadorCon el conmutador en la posición 1, llega la corriente a través de la resistencia, en el primer instante la intensidad alcanza su valor máximo, y a medida que se va cargando el condensador, va aumentando la tensión en él y la intensidad va disminuyendo. Cuando la tensión en el condensador alcanza el valor de la tensión de la batería, quedan al mismo potencial, por lo tanto deja de circular corriente. Como verás las curvas de carga de un condensador en función del tiempo son curvas exponenciales. Para poder calcular el valor de la carga almacenada por el condensador en un instante cualquiera debemos aplicar la relación: Q = C. V. (1 – е – t / R. c ) En realidad nunca llega a cargarse por completo, ya que tienen pérdidas de carga. En teoría se considera cargado cuando ha transcurrido un tiempo (t), que viene determinado por la siguiente fórmula: t = 5 · (R · C) Siendo: R = Resistencia empleada para la carga, en ohmios C = Capacidad del condensador en faradios La constante de tiempo ( R . C ) es el que tarda el condensador en almacenar un 63,2 % de la carga máxima.

Descarga del condensadorPara conseguir la descarga, pasaremos el conmutador a la posición 2. En el instante inicial la tensión desciende rápidamente, existe también un gran paso de corriente que aparecerá con valores negativos, pues está circulando en sentido contrario al de carga. La tensión disminuye hasta hacerse nula, como no existe d. d. p., también se hará nula la intensidad

TIPOS DE CONDENSADOR

De acuerdo con su capacidad, ésta puede ser fija, variable o ajustable.

Condensadores fijos

Se clasifican en función del dieléctrico utilizado: De papelSuelen fabricarse con el arrollamiento de un dieléctrico de papel impregnado entre dos hojas metálicas que suelen ser de aluminio. El conjunto queda cerrado en una resina termoplástica moldeada, con los terminales de conexión embebidos Se utilizan en el arranque de motores y en la compensación de potencias reactivas.

Condensadores fijos

De plástico

Generalmente se fabrican de poliestireno. El proceso de fabricación es idéntico a los de papel, intercalando en este caso capas de poliestireno y papel de aluminio. Tienen elevada resistencia de aislamiento y bajas pérdidas dieléctricas.

Condensadores de poliéster

Una de las grandes ventajas que tienen estos condensadores en comparación con los cerámicos, es su alta estabilidad en un amplio rango de temperatura; además de una tolerancia muy estrecha, ya que la mayoría de los dispositivos de este tipo tienen una tolerancia de ± 10 %(familia “K”), aunque aquí también existe la familia “J” con una tolerancia de ± 5 %.

Condensador de poliéster metalizado

Sustituyen a los de papel. Para la reducción de tamaño, se sustituyen las cintas de aluminio por un metalizado superficial de las hojas de poliéster. Suelen tener forma cúbica. Tienen propiedades auto-regenerativas, si se perforan por sobretensión. Dentro de este grupo están los de policarbonato metalizado, que son de mayor calidad.

Condensador de Mica

MicaFormado por un apilado de láminas de mica y hojas de cobre, latón, estaño o aluminio. Empleados en circuitos de filtrado, sintonía y paso de radiofrecuencia

Condensador de vidrio

Se fabrican a partir de cintas de vidrio sobre las que se colocan otras de aluminio, a continuación se calientan y se las somete a presión para obtener una masa compacta y estanca. Toleran altos voltajes

Condensador cerámicoSon silicatos mezclados con óxidos metálicos y otros alcalinos y alcalino-térreos. Se fabrican en forma de disco y tubo. Son los más cercanos al condensador ideal. Tienen una constante dieléctrica muy elevada, que permite obtener condensadores pequeños y con gran capacidad. Los condensadores cerámicos se presentan con dos formatos comerciales, en forma de disco como los de la foto superior y en forma tubular como se detalla a continuación.

Condensador cerámico

A estos dispositivos se les llama o conoce con el nombre de condensadores cerámicos multicapa, y gracias a este recurso se pueden encontrar componentes con una capacidad de hasta1 μF. Con este método el disco se ensancha, pero el tamaño del dispositivo sigue siendo relativamente pequeño.

Condensador electrolítico

Un condensador electrolítico consiste en dos placas metálicas separadas por un electrolítico. El electrolítico no es realmente el material dieléctrico, sino el electrodo negativo, el dieléctrico es una delgada película de óxido que se forma sobre la placa positiva del condensador, la segunda placa a veces llamada erróneamente electrodo negativo proporciona el medio de hacer contacto con el electrolito (el electrodo negativo verdadero) y sirve como terminal negativo.

La capacidad de un condensador electrolítico depende de: el área de las placas, el espesor del dieléctrico y la constante dieléctrica de la película de óxido.

Condensadores electrolíticos

Estos ofrecen más capacidad en menos volumen y tienen polaridad. Pero si se aumenta la tensión de trabajo o no respetamos la polaridad, el dieléctrico se perfora y se destruye el condensador. Se emplean para grandes capacidades.Los hay de dos tipos:

Condensadores electrolíticos

De aluminio El dieléctrico es una capa de óxido de aluminio que impregna el papel que separa las láminas de aluminio. Tiene un elevado factor potencia, alta corriente de fuga, resistencia de carga alta, tolerancia elevada y se ven fuertemente afectados por la temperatura. Un condensador electrolítico seco consta de una lamina positiva, una negativa, un separador que contiene el electrolito, arrollados en forma cilíndrica, y de los montajes necesarios para las conexiones eléctricas, su protección y montaje

Condensadores electrolíticos

De tantalioEl dieléctrico es óxido de tantalio, que es un electrolito sólido que ayuda a aumentar la corriente dieléctrica. Tiene poca corriente de fuga y tensiones de trabajo pequeñas, menores de 40 V

Condensadores variables

Se caracterizan por tener una capacidad que varía al modificar la superficie enfrentada entre sus placas. Podemos tener tres posibilidades para variar la capacidad:

a) Variar la superficie de armaduras enfrentada

b) Variar la separación de las armaduras

c) Variar el tipo de dieléctrico.

Se emplean en circuitos oscilantes y para sintonizar emisoras de radio.

Un condensador variable tiene dos conjuntos de placas, un conjunto que puede girar y se

llama rotor y otro estacionario llamado estator; el estator tiene generalmente una placa más que el rotor. El condensador se construye dé forma que las placas del rotor se muevan libremente entre las del estator, haciendo así que varíe la capacidad.

Condensadores ajustables

Se conocen como trimers o padder y pueden ser de mica, de aire o cerámicos. Generalmente se ajustan una sola vez para dejarlos fijos en el circuito. este tipo de condensador consta de dos o más placas aisladas entre sí por medio de una hoja de mica y se construye de forma que se pueda variar la distancia que separa las placas con un pequeño tornillo de ajuste. Los condensadores trimmer se definen por su capacidad mínima y máxima, se pueden encontrar condensadores ajustables con una capacidad mínima de hasta 0.5 pF. y con una capacidad máxima de hasta 500 pF.

Condensadores de montaje superficial

En la actualidad, el creciente proceso de miniaturización de los diversos aparatos electrónicos ha hecho obsoletos los métodos de montaje y fabricación convencionales. Por eso se diseño la tecnología de montaje superficial, en la que los elementos van soldados directamente sobre la cara de pistas del circuito impreso; así se evita la necesidad de realizar perforaciones en la tablilla, al tiempo que puede reducirse notablemente el tamaño de los dispositivos empleados. Los condensadores no podían quedar al margen, por lo que también se desarrollaron versiones en miniatura de acuerdo con la tecnología empleada para fabricar los dispositivos cerámicos.

Condensadores incorporados en chips

Los condensadores son necesarios en el diseño de circuitos integrados, se ha llegado a límites de miniaturización realmente inconcebibles, a tal grado que para observarlos se necesita un microscopio.En ciertos circuitos integrados como el popular amplificador operacional 741, es necesario incluir un condensador compensador en la estructura electrónica,Sin embargo, fabricar un condensador en un circuito integrado resulta un tanto complejo; la razón es que estos elementos ocupan un área considerable.

Fallos comunes en los condensadores electrolíticos y de papel

Si el sellado del condensador no es bueno, el ácido o impregnación del papel se seca o se exuda y deja de actuar como dieléctrico, provocando que el valor de capacidad se reduzca progresivamente. También pueden haber spots en el óxido de aluminio aislante o pudrimientos en el enrollado de las láminas, con lo que puede producirse una fuga de corriente (falta de aislación) que provoque una disminución efectiva de la tensión normal de trabajo. Esta corriente de fuga provoca el sobrecalentamiento interno y la consiguiente expansión del conjunto por acción del gas en los electrolíticos o un cortocircuito en la capa parafinada en los de papel, superándose con ello el hermetismo por presión interna, por ello tanto los condensadores electrolíticos como los de papel pueden explotar

IDENTIFICACIÓN DE LOS CONDENSADORES

Al igual que ocurre con las resistencias, en muchos condensadores se indica su valor a través de unas bandas coloreadas o puntos de color. El orden de lectura de las franjas varía de un condensador a otro. Esto indica que la primera franja no tiene por que ser la primera cifra, sino que puede indicar la tolerancia. Como la tendencia es a indicar los valores de forma numérica, no haremos especial hincapié en este apartado, puesto que para su identificación hay que consultar las tablas de fabricantes. Cuando vienen tres cifras impresas, casi siempre se hace referencia a la unidad de picofaradio

Simbología de los condensadores

Aplicaciones de los condensadores

En la Electrotecnia• Disminuir el consumo de intensidad en las instalaciones eléctricas industriales y mejorar el coste del consumo. • Permitir el arranque de motores monofásicos En la Electrónica• Ayudar a convertir la tensión alterna en continua (rectificación) • Filtrar un margen de frecuencias concreto en señales tipo multifrecuencia • Eliminar la componente continua indeseable de algunas señales.Construcción de filtros LC, RCEliminación de ruidos,y amortiguamiento de señales.

ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES

Al igual que las resistencias, los condensadores pueden asociarse de diferentes formas: En serie, en paralelo y mixta

ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES

SerieAl igual que las resistencias, se dice que están acoplados en serie, cuando al terminal de salida de uno, se le une el de entrada de otro, y así sucesivamente. La intensidad que llega a cada condensador es la misma. Podemos decir, por tanto, que la carga que tendrá cada uno es la misma. Qt = QC1 = QC2 = QC3 = ... Sin embargo las tensiones serán diferentes, la tensión total se repartirá entre los condensadores en función de su capacidad. V t = VC1 + VC2 + VC3 + ... VC1 = Q t/C1 VC2 = Q t/C2 VC3 = Q t/C3La fórmula que nos ayudará en el cálculo de la capacidad total o equivalente en el acoplamiento de condensadores en serie es: 1/C t = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... Observa que la capacidad total o combinada es menor que la más pequeña de un acoplamiento en serie. Los condensadores en serie se agrupan igual que las resistencias en paralelo. Una vez aplicada la relación anterior que nos da el valor de 1/C t , debemos hacer la inversa del resultado para llegar a C t que es el valor que deseamos calcular.

ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES

ParaleloCuando todas las entradas van unidas y a la vez también las salidas, se dice que están conectados en paralelo. C1 C2 C3La tensión en todos los condensadores será la misma, igual a la suministrada por la fuente que los carga. V t = VC1 = VC2 = VC3 = ... La carga de cada condensador estará entonces en función de su capacidad. QC1 = C1 · V t QC2 = C2 · V t QC3 = C3 · V tLa capacidad total o equivalente será igual a la suma de las capacidades de cada condensador. C t = C1 + C2 + C3 + ...

Elaboración de un condensador

MATERIALES

Hoja de Aluminio

Papel Kraft

Elaboración de un condensador

Preparación de los materiales

Medida Corte

Elaboración de un condensador

Preparación de los materiales

Ensamblaje Cableado

Elaboración de un condensador

Preparación de los materiales

Vista de las placas Condensador terminado

ReferenciasR. L Boylestad. Introduccion al análisis de circuitos Décima edición. Ed. Pearson. Cap 10. pp 375-396. A.J Salazar Gomez . Fundamentos de circuitos. Universidad de los Andes. pp 125- 133 C.K. Alexander. M.N.O Sadiku .Fundamentos de circuitos eléctricos. Ed Mc Graw Hill. 3ª ed . Cap 6 pp. 216-222 M.F. Conesa Circuitos eléctricos Pp 16, 32 disponible en :http://labit501.upct.es/~fburrull/docencia/ElectricidadYElectromagnetismo/libro.pdf Historia de la electricidad . ( En línea) disponible en :http://industrialelectricidad.blogspot.com/2013/07/historia-de-la-electricidad-thales-de.html Baterías de botellas de Leyden. ( En línea) disponible en :http://www.vanleestantiques.com/object.php?id=1070

Botellas de Leyden ( En línea) disponible en:http://www.librosmaravillosos.com/laelectricidadysusmaravillas/capitulo01-01.html El condensador (En línea) disponible en:http://centrodeartigos.com/articulos-utiles/article_121421.html El condensador (En línea) disponible en:http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=36 El condensador electrolítico (En línea) disponible en:http://www.computerhistory.org/semiconductor/assets/images/400x400/1926_1_1.jpg El condensador electrolítico (En línea) disponible enhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electrolytic_capacitor El condensador Mershon (En línea) disponible enhttp://mcclellans.com/images/Erla271-A/MershonRebuild-4.jpg El condensador (En línea) disponible en:http://univirtual.unicauca.edu.co/moodle/file.php/61/capitulo%204/imagenes

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pg• Condensadores SMD• http://www.mgelectronica.com.mx/productos/big/CAPACITORES-ELECTROLITICOS-DE-TANTALIO-879.jpg• Condensadores de Tantalio• http://4.bp.blogspot.com/-j3P9lUnp6Bw/UWnlV5SegvI/AAAAAAAAAgI/RWGr1T2hyWc/s1600/codigocondensador.jpg• Tabla de colores de condensadores

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