Tema 4. Condensadores

Tema 4: Condensadores.

Encarnacin Marn Caballero Pgina 1 de 51

NDICE

1. CONDENSADOR 3

1.1. Definicin .................................................................................................................................................... 3

1.2. Aplicaciones ............................................................................................................................................... 3

1.3. Estructura interna................................................................................................................................... 4

1.4. Funcionamiento ......................................................................................................................................... 5

1.4.1. Condensador en C.C. 6

1.4.2. Condensador en C.A. 7

1.5. Caractersticas generales ..................................................................................................................... 8

1.6. Capacidad ................................................................................................................................................... 8

1.6.1. Unidades de medida 11

1.6.2. Instrumento de medida 11

1.7. Factores a tener en cuenta ................................................................................................................ 12

2. PROCESO DE CARGA Y DESCARGA 13

2.1. Funcionamiento ....................................................................................................................................... 13

2.2. Proceso de carga ................................................................................................................................... 15

2.3. Proceso de descarga ............................................................................................................................. 17

2.4. Ejemplo ..................................................................................................................................................... 19

3. CONSEJOS DE USO 21

4. TIPOS DE CONDENSADORES 21

4.1. Condensadores fijos ............................................................................................................................ 22

4.1.1. Condensadores de papel impregnado 23

4.1.2. Condensadores de papel metalizado 23

4.1.3. Condensadores de plstico 23

4.1.3.1. Condensadores de plstico metalizado 24

4.1.3.2. Condensadores de polister metalizado lacado 25

4.1.4. Condensadores cermicos 25

4.1.5. Condensadores de mica 27

4.1.6. Condensadores electrolticos 27

4.1.6.1. Condensadores electrolticos de aluminio 28

4.1.6.2. Condensadores electrolticos de tntalo 30

4.1.7. Condensadores de doble capa elctrica 31



4.2. Condensadores variables ..................................................................................................................... 31

4.2.1. Condensadores ajustables 32

5. IDENTIFICACIN DE LOS VALORES 32

5.1. Cdigo de colores .................................................................................................................................. 33

5.2. Codificacin numrica ......................................................................................................................... 34

5.3. Codificacin alfanumrica.................................................................................................................. 34

5.4. Ejemplos .................................................................................................................................................. 38

6. ASOCIACIN DE CONDENSADORES 39

6.1. Asociacin de condensadores en serie ........................................................................................... 40

6.2. Asociacin de condensadores en paralelo ...................................................................................... 41

6.3. Asociacin mixta de condensadores ............................................................................................... 42

7. ASOCIACIN DE CONDENSADORES EN UN CIRCUITO 43

7.1. Asociacin de condensadores en serie ........................................................................................... 43

7.1.1. Resolucin del circuito 43

7.1.2. Ejemplo 45

7.2. Asociacin de condensadores en paralelo ..................................................................................... 46

7.2.1. Resolucin del circuito 46

7.2.2. Ejemplo 48

7.3. Comparativa entre conexin en serie y paralelo ......................................................................... 49

7.4. Asociacin mixta de condensadores ............................................................................................... 49

7.4.1. Ejemplo 49

8. ENERGA 51



1. CONDENSADOR

1.1. Definicin

El condensador, tambin llamado como capacitor, es un dispositivo electrnico capaz de almacenar pequeas cantidades de energa elctrica (carga elctrica) que luego pueden liberar cuando nos interese; es decir, pueden funcionar como pilas durante un tiempo limitado.

Al igual que las resistencias, los condensadores son componentes electrnicos pasivos, que

almacenan cargas elctricas para utilizarlas en el circuito en el momento adecuado.

1.2. Aplicaciones

Las aplicaciones de los condensadores son muy amplias. A continuacin, se indican algunas de

ellas:

Circuitos temporizadores. Aprovechando el tiempo que tardan en cargarse se pueden construir

circuitos de accin retardada.

Filtros en circuitos de radio y TV.

Filtros en los rectificadores (dispositivos que convierten la C.A. en C.C.). Con ellos se consigue

que la tensin obtenida sea ms continua.

Filtros en las fuentes de alimentacin.

Arranque de motores.

Circuitos electrnicos de sintona para radiodifusin.

Supresin de parsitos o ruido elctrico (ruidos que producen los motores de explosin de los

automviles).

Realizacin de los circuitos llamados oscilantes y del fenmeno de resonancia.

Correccin del factor de potencia en los sistemas de corriente alterna.



1.3. Estructura interna

Un condensador est constituido por dos placas metlicas paralelas, denominadas armaduras separadas entre s por un material aislante conocido como dielctrico (aire, papel, cermica, mica, plstico, etc.), que tiene la propiedad de almacenar energa en forma de carga elctrica. Esta propiedad se llama capacidad. Los dos terminales de conexin se sueldan a las armaduras y sirven para conectarlo

a otros componentes del circuito.

El smbolo ms utilizado para representar el condensador es:

Normalmente, este dielctrico se dispone en forma de lmina muy fina para conseguir que las armaduras se encuentren lo ms prximas unas de otras.

Ejemplo:



1.4. Funcionamiento

Al conectarlo a una pila, batera o fuente de alimentacin, un condensador se carga del

siguiente modo:

Cuando se conecta un terminal al polo negativo (o ctodo) de la pila, los electrones en exceso de

este polo se dirigen hacia la armadura A, cargndola negativamente, y en la cara interna de la armadura B se crean cargas positivas por induccin electrosttica. Por otra parte, la carga negativa acumulada en la cara externa de la armadura B es atrada por el polo positivo (o nodo)

de la pila al que est conectada, con lo que se completa la carga del condensador.

Una vez finalizado este proceso, no hay ms transvase de cargas y, por tanto, se interrumpe el

paso de corriente elctrica a travs del circuito, a menos que se aumente el voltaje aplicado a

las armaduras del condensador. Al aumentar la tensin aplicada, aumentan las fuerzas de atraccin entre las cargas de las armaduras y, por tanto, aparece una nueva corriente, que carga el condensador hasta alcanzar la nueva tensin aplicada.

Si se desconecta de la fuente de alimentacin, el condensador mantiene la carga acumulada, gracias a la fuerza de atraccin existente entre las armaduras con cargas de distinto signo.

Si se elimina la tensin y se juntan o cortocircuitan exteriormente las armaduras a travs de unos terminales de conexin, se produce una corriente muy breve entre ellas y el condensador se descarga.



Ejemplo:

1.4.1. Condensador en C.C.

Al aplicar una tensin continua entre las armaduras de un condensador no pasa corriente a

travs del mismo debido a la presencia del dielctrico, pero se produce una acumulacin de cargas elctricas entre sus armaduras.

Cuando en un circuito de corriente continua est insertado un condensador, solo circula corriente mientras se est llenando de electrones y cuando el condensador est completamente cargado, la corriente se interrumpe.

Por tanto, un condensador en C.C. deja pasar corriente elctrica por el circuito hasta alcanzar la mxima carga. A partir de ese momento, se comporta como un interruptor abierto (resistencia infinita). sto suele durar muy poco tiempo.

Normalmente, se sita una resistencia en serie con l, para evitar que se cargue instantneamente.



1.4.2. Condensador en C.A.

Cuando a un capacitor se le aplica una tensin alterna, su comportamiento es una consecuencia

del que presenta ante la tensin continua.

Cuando la tensin vara peridicamente, se somete el capacitor a una tensin continua durante medio ciclo y a la misma tensin, pero de sentido contrario, durante el medio ciclo siguiente. El dielctrico tiene que soportar unos esfuerzos alternos que varan de sentido muy rpidamente y, por lo tanto, debera de cambiar su polarizacin a este mismo ritmo. Si la frecuencia aumenta, el dielctrico no podr seguir los cambios a la misma velocidad y la polarizacin disminuir, con lo que se producir una

disminucin de la capacidad. Por lo tanto, en un capacitor la capacidad disminuye cuando la frecuencia aumenta, lo que obliga a que slo puedan emplearse en frecuencias altas algunos tipos muy concretos de dielctricos.

Ante la tensin alterna y al producirse el efecto descrito de cargas y descargas sucesivas se

puede afirmar que si se realiza una verdadera circulacin de corriente aunque sta no fluya en realidad

a travs del dielctrico con lo que se llega a una de las principales aplicaciones del capacitor en la

prctica que es la de separar corrientes continuas de alternas cuando ambas existen simultneamente.

Sin embargo, y a pesar de que la corriente alterna pueda circular por el capacitor, se producir un desfasase entre sta y la tensin aplicada de forma que cuando la corriente est en su valor mximo, la tensin pasar en ese mismo instante por el valor cero, todo ello dentro del ciclo normal de variacin

que posee la corriente alterna.

Cuando un circuito es atravesado por una corriente alterna, el condensador se comporta como

un corto (resistencia cero). Esto sucede porque la corriente alterna cambia constantemente de

polaridad y el condensador as, se carga y descarga cada vez que cambia el sentido de la corriente.

Por tanto, un condensador en C.A. su comportamiento es diferente, pues el condensador se carga y se descargue rpidamente.



1.5. Caractersticas generales

Las caractersticas tcnicas generales de los condensadores son las siguientes:

Capacidad nominal. Indica la capacidad de almacenamiento de electricidad. Es el valor terico esperado al acabar el proceso de fabricacin. Se expresa en faradios (F). El valor puede estar indicado numricamente en la superficie del condensador o mediante franjas de colores.

Tensin nominal o de trabajo. Indica la tensin mxima que soporta un condensador sin que se destruya el dielctrico. Se expresa en voltios (V). Tambin es conocida como tensin de perforacin del dielctrico.

Tolerancia. Indica la diferencia mxima entre el valor nominal o terico y el valor real de la capacidad de un condensador segn el fabricante. Se expresa en tanto por ciento (%).

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. Se expresa en ppm/C.

Ejemplo: Caractersticas de un condensador electroltico.

1.6. Capacidad

Al enfrentar dos placas las cuales estn sometidas a una diferencia de potencial, entre las

mismas se genera un campo elctrico que provoca una acumulacin de cargas entre ellas. Por tanto, la cantidad de carga elctrica que es capaz de retener un condensador se denomina capacidad o

capacitancia.

La cantidad de cargas que puede almacenar un condensador depende, fundamentalmente, de la

tensin aplicada entre sus armaduras y de sus caractersticas constructivas.

La capacidad elctrica de los condensadores depende de su estructura y dimensiones. Por sto,

es que se fabrican de distintas formas: planos, cilndricos, esfricos, etc., de acuerdo a los propsitos a los que se destinan.

1) La relacin entre la capacidad de carga almacenada y el voltaje aplicado entre las

armaduras se denomina capacidad y viene determinado por la expresin:

V

QC

C: capacidad (faradios, F).

Q: carga elctrica (culombios, C).

V: tensin (voltios, V).



Ejemplo: Calcula la carga elctrica almacenada por un condensador de 2,200 F de capacidad

cuando se le conecta a una pila de 4,5 V.

Datos:

V = 4,5 V

C = 2,200 F = 2,200 10-6 F = 0,0022 F

Operaciones:

culombiosVFVCQ 0099,05,40022,0

Solucin: Q = 0,0099 culombios

La cantidad de cargas almacenadas por un condensador ser mayor al aumentar dicha

tensin. Es decir, las cargas fluyen por las armaduras debido a la diferencia de cargas o tensin que le

proporciona la pila o el generador.

2) El valor de un capacitor, medido en trminos de capacidad (C), est determinado por la

superficie que tienen las armaduras (S), as como por la distancia entre ellas (d), fijada por el espesor del dielctrico (), de forma que se obtendrn mayores capacidades con armaduras ms grandes y dielctricos muy delgados.

La expresin que relaciona la capacidad de un condensador plano con sus caractersticas

constructivas es

d

SC


: constante dielctrica del aislante (faradios/metro, F/m).

S: superficie de las armaduras (metros cuadrados, m2).

d: distancia entre las armaduras (metros, m).

Esta capacitancia es directamente proporcional al tamao de las placas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. sto quiere decir que a medida que aumentamos el rea de las placas, aumentamos la capacitancia. En cambio, si aumentamos la distancia entre ellas,

disminuimos la capacitancia.

Donde 91094

r

r: constante dielctrica de la sustancia aislante relativa al vaco (faradios/metro, F/m).



Otro factor que determina la capacitancia es el elemento aislante que se encuentra entre las

placas y que se denomina dielctrico. sto se mide con la constante dielctrica de la sustancia que se

utiliza como aislante (r).

En la siguiente tabla aparecen reflejados los valores de la constante dielctrica de los

materiales aislantes ms comunes (r).

Los materiales dielctricos comnmente ms utilizados son el aire, la mica y el papel encerado.

Ejemplo: Calcula la capacidad de un condensador si sus placas son de 0,1 m2, la distancia entre

placas de 0,3 mm y el dielctrico es de aire.

Datos:

S = 0,1 m2

d= 0,3 mm = 0,3 10-3 m = 0,0003 m

r = 1 (aire)

Operaciones:

nFFm

mmF

d

SC r 95,21095,2

0003,0

1,0/

1094

1

1094

92

99

Solucin: C = 2,95 nF

El material empleado en el dielctrico es un elemento muy importante en la construccin del capacitor, ya que determina factores tales como:

Tensin mxima de funcionamiento sin que llegue a perforarse.

Capacidad, debido a la mayor o menor facilidad de cortarle en lminas muy finas y a su mayor o

menor polarizacin.

Prdidas dielctricas, ya que a pesar de ser un material aislante, siempre existir una corriente

muy dbil que tender a descargar el capacitor en un tiempo suficientemente largo.

La capacidad de un condensador se calcula mediante cualquiera de las expresiones anteriores.



NOTA: Como sabemos, un condensador est compuesto por una serie de placas metlicas aisladas entre s. Este material aislante es muy sutil, especialmente en el caso de capacitores de valores grandes. Por otro lado, si la tensin es elevada, existe el riesgo que un arco elctrico traspase el aislamiento elctrico entre las placas rompindolo y poniendo el capacitor en corto. Por este motivo,

el material aislante usado est pensado para trabajar hasta un cierto nivel de tensin mxima y que, en

ciertos casos nos sirve saber.

1.6.1. Unidades de medida

La capacidad del condensador se expresa en faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un

condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial (d.d.p.) de 1 voltio, stas

adquieren una carga elctrica de 1 culombio.

Se puede decir que un condensador posee la capacidad de un faradio cuando almacena una cantidad de electricidad igual a un culombio y entre sus armaduras existe una diferencia de potencial de un voltio, es decir, que se verifica:

voltio

culombiofaradio

1

11

Pero esta unidad es muy grande para los condensadores normalmente usados en electrnica

(sera como medir en kilmetros las dimensiones de una habitacin), por lo que se usan submltiplos que

son:

Microfaradio: la millonsima parte del faradio (F). Se escribe F.

1 F = 1 / 1.000.000 = 0,000001 = 10-6 F

Kilopicofaradio o nanofaradio: equivale a 1.000 picofaradios. Se escribe nF.

1 nF = 1 KpF = 1 / 1.000.000.000 = 0,000000001 = 10-9 F

Picofaradio: la millonsima parte del microfaradio. Se escribe pF.

1 pF = 1 / 1.000.000.000.000 = 0,000000000001 = 10-12 F

1.6.2. Instrumento de medida

El capacmetro es el instrumento que nos permite medir la capacidad de los condensadores.

Ejemplo: Capacmetro Hibok 91.



1.7. Factores a tener en cuenta

La capacidad del condensador vara en funcin de:

El material dielctrico:

La superficie de las placas:

La distancia entre las placas:



2. PROCESO DE CARGA Y DESCARGA

Con ayuda del siguiente circuito vamos a estudiar el proceso de carga y descarga de un condensador:

Consta de una fuente de alimentacin en corriente continua (VT). En serie con el condensador

(C) se ha incluido una resistencia de carga (R), con objeto de hacer ms largo tanto el proceso de

carga como el de descarga. Y, adems, se aade un conmutador para la carga del condensador (posicin 1) y la descarga (posicin 2).

2.1. Funcionamiento

En el circuito anterior, cuando el conmutador est en la posicin 1 el condensador se carga a travs de la resistencia y la tensin entre sus extremos aumenta de forma exponencial. Cuando el

conmutador pasa a la posicin 2 el condensador se descarga a travs de la resistencia y la tensin

entre sus extremos disminuye de forma exponencial.

La tensin y la intensidad total del circuito se calculan a partir de las siguientes expresiones:

VT = VR + VC R

VI TT

Para determinar la tensin de la resistencia se calcula como: VR = I R

La tensin de carga o descarga de un condensador se representa de la siguiente forma:

En el circuito se dan, por lo tanto, dos tipos de rgimen de funcionamiento:

Transitorio: desde t0 a t1 (carga) y desde t2 a t3 (descarga).

Permanente: desde t1 a t2.



Se conoce como constante de tiempo ( ) al tiempo que tarda el condensador en adquirir un 63,2% de la carga total (los 2/3). Se lee tau.

CR

C: capacidad del condensador (faradios, F).

R: valor hmico de la resistencia a travs de la cual se carga o descarga (ohmios, ).

El tiempo total de carga (t) del condensador equivale aproximadamente a 5 veces la constante de tiempo. Se expresa en segundos (s).

CRt 55 ; CR 5

En una constante de tiempo (1 1T) el condensador alcanza el 63% de su valor final en los procesos de carga y desciende hasta el 37% del valor inicial en los procesos de descarga.

Ejemplo: Determina la constante de tiempo del condensador del siguiente circuito. Calcula

tambin el tiempo de carga completa del condensador.

Datos:

V = 12 V

R = 1 K = 1 103 = 1.000

C = 200 F = 200 10-6 F = 0,0002 F

Operaciones:

La constante de tiempo ser igual a:

sFCR 2,00002,0000.1

El tiempo total de carga se dar para cinco constantes de tiempo:

sst 12,055

Solucin: = 0,2 s , t = 1 s



Para determinar la carga de un condensador (QC), la tensin de carga de un condensador

(VC) y la intensidad de corriente de carga de un condensador (IC) al cabo de un cierto tiempo se

utilizan las siguientes expresiones:

CR

t

TC eQtQ 1 ;

CR

t

TC eVtV 1 ;

CR

t

TC eItI 1

t: tiempo de carga (segundos, s).

QT: carga elctrica total (culombios, C). Se calcula como: QT = C V

VT: tensin elctrica total (voltios, V).

IT: intensidad total (amperios, A).

La representacin grfica de la tensin y la intensidad es:

2.2. Proceso de carga

Cuando el conmutador est en la posicin 1 el condensador se carga a travs de la resistencia y la tensin entre sus extremos aumenta de forma exponencial.

En el primer momento la diferencia de cargas que existe en el condensador es cero y, por 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:

R

Ei max



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 siguientes curvas de carga se puede apreciar claramente este proceso.

Ejemplo:

En (A) de esta figura se muestra un circuito en el que no existe circulacin de corriente,

compuesto por una batera B, un condensador descargado Cd, un interruptor abierto y una lmpara apagada.

En (B) el interruptor est cerrado, por lo que la corriente (representada por las flechas) puede circular por el circuito, el capacitor comienza a cargarse y la lmpara se enciende completamente.



En (C) contina la carga del capacitor, pero la lmpara comienza a perder brillantez debido a la

disminucin de circulacin de corriente por el circuito dada la resistencia que ofrece el dielctrico al

paso de sta desde una placa a la otra.

En (D) las dos placas del capacitor se encuentran ya completamente cargadas, por lo cual la

corriente deja de circular. Bajo esas circunstancias la lmpara, al no recibir corriente elctrica, se

apaga.

2.3. Proceso de descarga

Una vez que el condensador se encuentra cargado, se tiene en sus terminales la misma o

prcticamente igual a la fuente de alimentacin, VC = E. En este momento, se proceder a conmutar a la

posicin 2 cortocircuitando a masa, creando un circuito cerrado formado por R y el condensador C.

Cuando el conmutador pasa a la posicin 2 el condensador se descarga a travs de la

resistencia y la tensin entre sus extremos disminuye de forma exponencial.

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 la siguiente curva de descarga.



Ejemplo:

En (A) de esta figura se puede ver el condensador completamente cargado CC, ubicado en un

circuito con el interruptor abierto, donde existe tambin conectada una lmpara apagada.

En (B) el interruptor aparece cerrado, por lo que comienza de inmediato a circular corriente elctrica por el circuito, representada por la flecha, dando inicio a la descarga del capacitor. Al

comienzo de la descarga, la lmpara se enciende completamente al ser energizada por la carga de

energa elctrica almacenada en el capacitor.

En (C) el capacitor se va descargando, por lo que la lmpara se va apagando y perdiendo su brillo

inicial.

En (D) el capacitor se encuentra ya completamente descargado, la corriente elctrica deja de

fluir y, por tanto, la lmpara se apaga.

Ejemplo: Descarga forzada de un capacitor provocando un cortocircuito.

(a) (b)

Un capacitor completamente cargado se puede descargar tambin manualmente si al

desconectarlo de la fuente de suministro de corriente provocamos un cortocircuito (caso a) uniendo los extremos de los dos alambres de conexin al circuito. Para ello, hacemos un puente entre dichos extremos empleando un pequeo cable provisto con su correspondiente forro aislante protector. Es importante que el cable tenga esta proteccin, ya que algunos capacitores pueden alcanzar cargas con

un valor de voltaje alto, de acuerdo con la tensin que posea la fuente de fuerza electromotriz o

energa elctrica que se haya empleado para cargarlo.

Cuando se provoca este cortocircuito, aparece una chispa (caso b) generada por la sbita descarga que se produce debido al violento desplazamiento que se manifiesta en la corriente de electrones acumulados en exceso en la placa negativa, que al poder dirigirse libremente en direccin a

la placa positiva, provocan un intenso flujo de corriente elctrica destinado a restablecer el equilibrio

electrnico en ambas placas.



2.4. Ejemplo

Se conecta un condensador de 20 F a un generador de 200 V a travs de una resistencia de

0,5 M.

a) Halla la carga del condensador al cabo de 0 s, 5 s, 10 s, 20 s, 40 s y 100 s despus de haberlo conectado.

La carga mxima del condensador es:

Por otra parte, R C vale:

Aplicando la frmula correspondiente a la carga del condensador:

Tenemos:

b) Halla la intensidad de la corriente de carga en esos mismos instantes.

La intensidad mxima de la corriente de carga al comienzo es:

Aplicando la frmula correspondiente a la intensidad de carga:



En los tiempos sealados:

c) Qu tiempo sera necesario para que el condensador adquiriese su carga final si la intensidad de la corriente de carga fuese en todo momento igual a la inicial? Compara este tiempo con la corriente de tiempo del circuito.

La carga final del condensador es: Q = 4 10-3 C, y la intensidad inicial de carga es:

I = 4 10-4 A

Por lo tanto:

Por otra parte, la constante de tiempo del circuito es: = R C = 10 s. De aqu se deduce que la constante de tiempo de un circuito es igual al tiempo que empleara un condensador en adquirir una

carga igual a la final, con una intensidad de corriente igual, en todo momento, a la inicial.

d) Qu tiempo ser necesario para que la carga del condensador aumente de 2 a 4 mC?

De la ecuacin:

Se obtiene:

Tomando logaritmos neperianos a ambos miembros, resulta:

De donde:



e) Traza las grficas de la carga y de la intensidad de corriente en funcin del tiempo utilizando los datos correspondientes a los apartados a) y b).

Las grficas de la carga y de la intensidad de corriente en funcin del tiempo aparecen

representadas en las siguientes figuras:

3. CONSEJOS DE USO

A continuacin, vamos a dar unos consejos para conseguir que los condensadores tengan una larga vida, una vez estn 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.

4. TIPOS DE CONDENSADORES

El tipo de condensador toma el nombre de su dielctrico. De esta forma, tenemos condensadores cermicos, electrolticos, polister, tantalio, etc.

Segn su construccin, existen dos tipos de condensadores: fijos y variables.



4.1. Condensadores fijos

Los condensadores fijos son componentes de dos terminales que presentan una capacidad constante dentro de unos mrgenes de tolerancia. Por lo que son los que se utilizan con mayor frecuencia.

Se clasifican en funcin del material dielctrico utilizado, que se dispone en forma de lminas muy finas para conseguir que las placas se encuentren muy prximas.

Los condensadores fijos, a su vez, se pueden clasificar atendiendo a la polaridad:

Sin polaridad:

o De papel.

o De plstico.

o Cermicos.

o De mica.

Con polaridad:

o Electrolticos:

De aluminio.

De tantalio o tntalo.

Los condensadores sin polaridad ms utilizados en la actualidad son los de plstico y los cermicos.

Los condensadores que tienen una capacidad superior a 1 F tienen polaridad.

A continuacin, se describir, sin profundizar, las diferencias entre unos y otros, as como sus

aplicaciones ms usuales.

Los smbolos ms utilizados para representar el condensador fijo sin polaridad son:

Los smbolos ms utilizados para representar el condensador fijo con polaridad (electroltico)

son:



4.1.1. Condensadores de papel impregnado

Los condensadores de papel impregnado se construyen con lminas muy delgadas de aluminio separadas por dos tiras de una mezcla de celulosa impregnada con resinas o parafinas como dielctrico. El espesor del papel depende de la diferencia de potencial que han de soportar las armaduras.

De esta forma, se consigue aumentar la superficie de las armaduras sin aumentar excesivamente el tamao del condensador.

Ejemplo: Condensador de papel impregnado.

Tienen la propiedad de auto-regeneracin en caso de perforacin.

Su volumen es muy reducido y presentan una gran estabilidad frente a los cambios de temperatura.

Se fabrican con capacidades comprendidas entre 1 F y 480 F.

Se emplean en electrnica de potencia y energa para acoplamiento.

4.1.2. Condensadores de papel metalizado

En este caso, el papel es metalizado con el fin de evitar que se formen vacos entre las placas y el dielctrico. De esta forma, se consigue reducir su tamao.

Adems, poseen la propiedad de auto-regeneracin del dielctrico despus de sufrir una

perforacin del mismo.

Ejemplo: Condensador de papel metalizado.

4.1.3. Condensadores de plstico

El dielctrico empleado es poliestireno (estiroflex), politetrafluoroetileno (tefln), polister o policarbonato.

Tienen la propiedad de auto-regeneracin en caso de perforacin.

Su volumen es muy reducido, presentan una gran estabilidad frente a los cambios de temperatura y un excelente comportamiento frente a la humedad.

Se fabrican con capacidades comprendidas entre 1 nF y 100 F y tensiones de 25, 63, 160, 220, 630 V, y 0,25 4 KV.

Su utilizacin tiene la ventaja de conseguir capacidades relativamente elevadas a tensiones que lleguen hasta 1.000 V.

Se fabrican en forma de bobinas o multicapas.



Ejemplo: Condensador de plstico bobinado.

Ejemplo: Condensador de polister.

Ejemplo: Condensadores de polister tubular. Son similares a los anteriores, pero enrollados de

forma normal, sin aplastar.

Se reconocen por su aspecto rojo, amarillo y azul.

Ejemplo: Condensadores de plstico.

4.1.3.1. Condensadores de plstico metalizado

Los condensadores de plstico metalizado, tambin llamados condensadores film o MKT,

mejoran las caractersticas de los condensadores de papel. Las lminas son de metal vaporizado y el dielctrico es de teraftalato de polietileno (polister).

Se fabrican con capacidades comprendidas entre 680 pF y 0,01 mF (inferiores a 1 F) y tensiones de 25 630 V.

La tensin de trabajo y el raster (separacin entre patillas) vara segn las capacidades y se indica para cada componente. La tolerancia estndar es del 5%.

Ejemplo: Condensadores MKT 0,47 KF/275 V y 1,0 F/275 V.



Ejemplo: Condensador film (0,27 F/100 V).

Ejemplo: Condensador MKT 368 (470K/100 V).

4.1.3.2. Condensadores de polister metalizado lacado

Los condensadores de polister metalizado lacado tienen una tensin estndar de 400 V y una tolerancia de 10%. El raster (separacin entre patillas) vara segn las capacidades y se indica para cada componente.

Ejemplo: Condensador de polister metalizado Axial 1,5 F/400 V.

4.1.4. Condensadores cermicos

Los dielctricos cermicos se fabrican a partir de mezclas de xidos metlicos con aglutinantes adecuados.

El proceso de fabricacin de estos condensadores consiste en la metalizacin de las dos caras del material cermico utilizado, depositando plata sobre ellas. Finalmente, se recubren de un material aislante y se marcan las caractersticas sobre l.

Se fabrican con capacidades comprendidas entre 1 pF y 470 nF.

Soportan poca tensin, entre 3 y 10.000 V.

Los materiales cermicos son buenos aislantes trmicos y elctricos. Por lo que se utilizan en circuitos que necesitan una alta estabilidad y bajas prdidas en altas frecuencias.



Tienen forma tubular, paraleleppeda o de disco.

Condensador cermico de disco Condensador cermico de placa Condensador cermico tubular

Ejemplo: Condensadores cermicos.

Los condensadores cermicos de tipo lenteja o disco tienen una tensin mxima de trabajo

de 100 V y tolerancia estndar de 2% para capacidades hasta 560 pF y de 10% para capacidades superiores.

Su identificacin se realiza mediante cdigo de colores, cdigo numrico y cdigo

alfanumrico.



Los condensadores cermicos SMD ms utilizados son con encapsulados 0805 y 0604, que tienen una tensin de trabajo de 63 V y una tolerancia de 20%.

4.1.5. Condensadores de mica

Los condensadores de mica son condensadores estables que pueden soportar tensiones altas debido a su elevada rigidez dielctrica.

Se fabrican con capacidades comprendidas entre 5 pF y 100 nF.

La gama de tensiones para las que se fabrican suelen ser altas (hasta 7.500 V).

Se emplean en circuitos de alta frecuencia, y circuitos de transmisin y recepcin de radio (radiofrecuencia, RF).

Ejemplo: Condensadores de mica.

Se estn sustituyendo por los de vidrio, de parecidas propiedades y ms barato.

4.1.6. Condensadores electrolticos

Los condensadores electrolticos son condensadores que poseen una relacin capacidad/volumen muy superior a los anteriores.

Actualmente existen dos tipos: los de aluminio, y los de tntalo.

Ejemplo:

Condensador electroltico de aluminio Condensador electroltico de tntalo



Tienen polaridad, esto es, no se les puede aplicar corriente alterna ni pueden invertirse las conexiones indicadas en el cuerpo del componente (presentan riesgo de explosin si se polarizan inversamente o si se superan los valores de voltaje para el que estn diseados).

Condensador electroltico de aluminio Condensador electroltico de tntalo

Los condensadores electrolticos deben conectarse respetando su polaridad, que viene indicada

en sus terminales, pues de lo contrario se destruira, se perfora.

El proceso de fabricacin consiste en depositar mediante electrolisis una fina capa de aislante entre las armaduras, que son de aluminio o de tntalo.

Permiten obtener elevadas capacidades en espacios muy reducidos.

Se fabrican con capacidades comprendidas entre 1 y 4.700 F.

Tienen una tolerancia del 10% para capacidades hasta 330 F y del 20% para capacidades superiores.

Los condensadores electrolticos al tener mucha capacitancia, se emplean en la construccin de

filtros de muy baja frecuencia.

4.1.6.1. Condensadores electrolticos de aluminio

Ejemplo: Condensadores electrolticos.

Caractersticas Tipos



Los condensadores electrolticos de aluminio estn constituidos por dos lminas de aluminio arrollado separadas por un papel absorbente impregnado de un electrolito, es decir, un lquido conductor de la corriente elctrica. El dielctrico lo constituye la fina pelcula de xido de aluminio que se forma sobre la armadura positiva.

Condensador electroltico seco

Vista interior de un capacitor electroltico de aluminio

El smbolo ms utilizado para representar el condensador electroltico de aluminio son:



4.1.6.2. Condensadores electrolticos de tntalo

Los condensadores electrolticos de tntalo son tambin llamados de gota por su forma.

El dielctrico est constituido por xido de tntalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamao.

Vista interior de un capacitor electroltico de tntalo

Por otra parte, las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su coste es algo ms elevado.

El smbolo ms utilizado para representar el condensador electroltico de tntalo son:

En la actualidad, se fabrican condensadores electrolticos de tntalo que reducen el tamao para la misma capacidad que uno de aluminio. Adems, el electrlito suele ser seco.



4.1.7. Condensadores de doble capa elctrica

Los condensadores de doble capa elctrica, tambin se conocen como supercondensadores o

CAEV, debido a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen.

Se diferencian de los condensadores convencionales en que no usan dielctrico, por lo que son

muy delgados.

Las caractersticas elctricas ms significativas desde el punto de su aplicacin como fuente

acumulada de energa son: altos valores capacitivos para reducidos tamaos, corriente de fugas muy baja, alta resistencia serie, y pequeos valores de tensin.

4.2. Condensadores variables

Los condensadores variables constan de un grupo de armaduras metlicas mviles entre las que se sita el dielctrico, que puede ser aire, mica o plstico.

Al girar sobre un eje se aumenta o se reduce la superficie de las armaduras metlicas enfrentadas, variando de esta forma la capacidad.

Para variar la capacidad, se recurre a tres procedimientos: cambiar la superficie de enfrentamiento de las armaduras, la separacin entre armaduras o el dielctrico.

La relacin con que varan su capacidad respecto al ngulo de rotacin viene determinada por la

forma constructiva de las placas enfrentadas, obedeciendo a distintas leyes de variacin, entre las que

destacan la lineal, logartmica y cuadrtica corregida.



Con frecuencia, estos condensadores van montados en tndem, esto es, dos o ms condensadores sobre un mismo eje.

Los smbolos ms utilizados para representar el condensador variable son:

4.2.1. Condensadores ajustables

Los condensadores ajustables (o trimmers) utilizan como dielctrico mica, aire o cermica.

Se emplean en circuitos impresos por su tamao reducido.

Las tensiones mximas de trabajo son: 250 V para trimmers de 7,5 mm de dimetro y 240 V para trimmers de 10 mm de dimetro.

El smbolo ms utilizado para representar el condensador ajustable es:

5. IDENTIFICACIN DE LOS VALORES

Por lo general, los valores de capacidad y tensin de trabajo aparecen inscritos en la superficie

del condensador. Pero cuando se trata de valores de capacidad con decimales, existen varias formas

de representar el valor del condensador, que son:

Cdigo de colores.

Codificacin numrica.

Codificacin alfanumrica.



5.1. Cdigo de colores

Algunos condensadores tienen representado su valor a travs de un cdigo de colores. Este

cdigo viene representado de la siguiente manera:

Algunos tipos de condensadores llevan sus datos impresos codificados con unas bandas de color.

Esta forma de codificacin es muy similar a la empleada en las resistencias, en este caso sabiendo que

el valor queda expresado en picofaradios (pF).

Las bandas de color son como se observa en esta figura:

En el condensador de la izquierda vemos los siguientes datos: verde-azul-naranja = 56.000 pF

= 56 nF (recordemos que el 56.000 est expresado en pF). El color negro indica una tolerancia

del 20%, tal como veremos en la tabla de abajo y el color rojo indica una tensin mxima de

trabajo de 250 V.

En el condensador de la derecha vemos: amarillo-violeta-rojo = 4.700 pF = 4,7 nF. En los de

este tipo no suele aparecer informacin acerca de la tensin ni la tolerancia.



5.2. Codificacin numrica

La codificacin numrica, tambin conocida como el cdigo 101, es utilizada en los

condensadores cermicos como alternativa al cdigo de colores. De acuerdo, con este sistema se

imprimen 3 cifras, las dos primeras son las cifras significativas y la ltima de ellas indica el nmero de ceros que se deben aadir a las precedentes. El resultado debe expresarse siempre en picofaradios pF.

Ejemplo: 561 significa 560 pF y 564 significa 560.000 pF = 560 nF.

Ejemplo: Condensadores cermicos de disco.

403 = 40 103 = 40.000 pF = 40 nF 154 = 15 104 = 150.000 pF = 150 nF

5.3. Codificacin alfanumrica

La codificacin alfanumrica es otro sistema de inscripcin del valor de los condensadores

sobre su cuerpo. En lugar de pintar unas bandas de color se recurre tambin a la escritura de diferentes cdigos mediante nmeros y una letra impresa.

En los condensadores de plstico (en forma de paraleleppedo) y en los condensadores

cermicos se utiliza el cdigo de 4 cifras, las dos primeras son las cifras significativas, la tercera cifra indica el nmero de ceros que se deben aadir a las precedentes y la ltima de ellas indica la tolerancia. El resultado debe expresarse siempre en picofaradios pF.

Donde K significa tolerancia del 10% sobre el valor de la capacidad, en tanto que M corresponde a tolerancia del 20% y J, tolerancia del 5%.

Ejemplos:

105K significa 1.000.000 pF 10% = 1 F 10%.

274J significa 270.000 pF 5% = 270 nF 5%.



El valor de la capacidad tambin puede venir indicado con otras letras. Para expresar este

valor, se puede recurrir a la colocacin de un punto entre las cifras (con valor cero), refirindose en

este caso a la unidad microfaradio (F), o bien al empleo del prefijo (microfaradio = 1.000.000 pF),

n (nanofaradio = 1.000 pF) y p (picofaradio = 1 pF).

Ejemplo: Un condensador marcado con 0,047 J 630V tiene un valor de 47.000 pF = 47 nF,

tolerancia del 5% sobre dicho valor y tensin mxima de trabajo de 630 V. Tambin se podra haber

marcado de las siguientes maneras: 4,7n J 630, 4n7 J 630.

Ejemplo: Condensadores de plstico metalizado MKT.

10K 400 = 1 F 10% , 400 V 470nK 250 = 470 nF 10% , 250 V

Ejemplo: Condensadores cermicos.

De disco

22J = 22 pF 5%

Tubular

47p = 47 pF

De disco

n15 K = 150 pF 10%

n15 = 0,15 nF = 150 pF

Detrs de la capacidad figura la tensin de trabajo.

Ejemplo: Condensadores de plstico metalizado MKT.

274J 400V = 270 nF 5% , 400 V

274 = 27 104 = 270.000 pF = 270 nF

104J 100V = 100 nF 5% , 100 V

104 = 10 104 = 100.000 pF = 100 nF

En algunos condensadores a veces aparece impresa la letra K (de kilopicofaradios) a

continuacin de las cifras significativas; en este caso no significa tolerancia del 10%, sino que se multiplica por 1.000 pF.

Ejemplo: 4,7 K = 4,7 1.000 pF = 4.700 pF



NOTA IMPORTANTE:

Ejemplo: Condensadores electrolticos y cermicos.



Por ltimo, nos falta mencionar que en algunos condensadores viene la tensin mxima antes de

la capacidad expresada mediante un nmero y una letra.

Ejemplos: Condensadores de plstico metalizado MKT.

2A104J = 100 pF 5% , 100 V

2A = 100 V

104 = 10 104 = 100.000 pF = 100 pF

J = 5%

2A474J = 470 pF 5% , 100 V

2A = 100 V

474 = 47 104 = 470.000 pF = 470 pF

J = 5%

Ejemplo: Condensadores cermicos con el color del coeficiente de temperatura.



5.4. Ejemplos

0,047 J 630

C=47 nF 5%

V=630 V

403

C=40 nF

0,068 J 250

C=68 nF 5%

V=250 V

47p

C=47 pF

22J

C=22 pF 5%

2.200

C=2,2 nF

10K +/-10% 400 V

C=10 nF 10%

V=400 V

3.300/10 400 V

C=3,3 nF 10%

V=400 V

amarillo-violeta-naranja-

negro

C=47 nF 20%

330K 250V

C=0.33 F

V=250 V

n47 J

C=470 pF 5%

0,1 J 250

C=0,1 F 5%

V=250 V



verde-azul-naranja-negro-

rojo

C=56 nF 20%

V=250 V

1 250

C=0,1 F

V=250 V

22K 250 V

C=22 nF

V=250 V

n15 K

C=150 pF 10%

azul-gris-rojo y marron-

negro-naranja

C1=8,2 nF

C2=10 nF

amarillo-violeta-rojo

C=4,7 nF

.02F 50V

C=20 nF

V=50 V

amarillo-violeta-rojo,

rojo-negro-marrn y

amarillo-violeta-marrn

C1=4,7 nF

C2=200 pF

C3=470 pF

6. ASOCIACIN DE CONDENSADORES

Los condensadores se pueden acoplar o conectar entre s de diferentes formas:

Acoplamiento de resistencias en serie.

Acoplamiento de resistencias en paralelo o en derivacin.

Acoplamiento mixto de resistencias.

El montaje de condensadores en serie o paralelo tambin modifican la capacidad.



6.1. Asociacin de condensadores en serie

Se dice que un conjunto de condensadores est conectado en serie cuando la salida de uno est conectada con la entrada del siguiente, y as sucesivamente hasta obtener dos nicos bornes que se conectan a la tensin de alimentacin.

Para calcular la capacidad equivalente de la asociacin se aplica la expresin siguiente:

nT CCCC

1...

111

21

;

n

T

CCC

C1

...11

1

21

Tambin se puede calcular con otra expresin ms fcil (slo con dos condensadores):

21

21

CC

CCCT

Debido a sto, el rea de las placas quedan iguales as como el dielctrico, mientras que la separacin de las placas se suman, disminuyendo el valor resultante de la capacitancia del circuito.

Ejemplo: Calcula la capacidad equivalente de tres condensadores con los valores 2,2 F, 470 nF

y 680.000 pF conectados en serie.

Datos:

C1 = 2,2 F

C2 = 470 nF = 0,47 F

C3 = 680.000 pF = 0,68 F

Operaciones:

El clculo del valor resultante de conectar varios condensadores en serie es usando la

frmula:

F

FFFCCC

CT

25,0

68,0

1

47,0

1

2,2

1

1

111

1

321

Solucin: CT = 0,25 F



6.2. Asociacin de condensadores en paralelo

Se dice que un conjunto de condensadores est conectado en paralelo cuando todas las salidas estn conectadas a un punto comn y todas las entradas a otro, de forma que slo hay dos bornes que se conectan a la tensin de alimentacin.

Para calcular la capacidad equivalente de la asociacin se aplica la expresin siguiente:

nT CCCC ...21

Debido a sto, el rea de las placas se suman, mientras que la separacin y el dielctrico quedan iguales, lo que implica que el valor total de la capacitancia de ese circuito es la suma del valor de los condensadores.

Ejemplo: Calcula la capacidad equivalente de tres condensadores con los valores 2,2 F, 470 nF

y 680.000 pF conectados en paralelo.

Datos:

C1 = 2,2 F

C2 = 470 nF = 0,47 F

C3 = 680.000 pF = 0,68 F

Operaciones:

El clculo del valor resultante de conectar varios condensadores en paralelo es tan

simple como la suma de sus valores:

CT = C1 + C2 + C3 = 2,2 F + 0,47 F + 0,68 F = 3,35 F




6.3. Asociacin mixta de condensadores

Se dice que un conjunto de condensadores est conectado de forma mixta cuando hay condensadores en serie y en paralelo.

Para calcular la capacidad equivalente de la asociacin se solucionan independientemente los montajes serie y paralelo que lo compongan, hasta obtener un circuito nico que se resuelve mediante la expresin correspondiente.

Ejemplo: Calcula la resistencia equivalente de varios condensadores con los valores 2,2 F, 470

nF y 680.000 pF conectados en serie-paralelo.

Datos:

C1 = 2,2 F

C2 = 470 nF = 0,47 F

C3 = 680.000 pF = 0,68 F

Operaciones:

Hay dos formas de resolverlo:

1) Primero, calculamos la capacidad equivalente de C1 y C2 que estn en paralelo:

FF

F

FF

FF

CC

CCC

39,0

67,2

034,1

47,02,2

47,02,2 2

21

2112

Despus, calculamos la resistencia equivalente de C12 y C3 que estn en serie:

C34 = C12 + C3 = 0,39 F + 0,68 F = 1,07 F

2) O bien:

FF

FF

RT

07,168,0

47,0

1

2,2

1

1




7. ASOCIACIN DE CONDENSADORES EN UN CIRCUITO

En el caso de que un condensador no disponga de la capacidad o tensin de trabajo adecuada para nuestras necesidades, se pueden acoplar entre s en serie o paralelo y as conseguir las caractersticas deseadas.

Los condensadores se pueden acoplar o conectar entre s de diferentes formas:

Acoplamiento de condensadores en serie.

Acoplamiento de condensadores en paralelo o en derivacin.

Acoplamiento mixto de condensadores.

7.1. Asociacin de condensadores en serie

Se dice que un conjunto de condensadores est conectado en serie cuando la salida de una est conectada con la entrada de la siguiente, y as sucesivamente hasta obtener dos nicos bornes que se conectan a la tensin de alimentacin.

En el siguiente esquema, se han representado varios condensadores (C1, C2, C3, , Cn)

conectados en serie.

7.1.1. Resolucin del circuito

1) Capacidad total (CT):

El valor de la capacidad equivalente de un grupo de condensadores conectados en serie es la

inversa de la suma de las inversas de todas las capacitancias.

Por tanto, la capacidad total (RT) ser:

nT CCCC

1...

111

21

;

n

T

CCC

C1

...11

1

21

Si se tienen slo dos condensadores, se puede calcular con otra expresin ms fcil:

21

21

CC

CCCT

Slo si todos los condensadores son del mismo valor se puede usar esta otra frmula:

C

N

CN

CCCCT

11...

111 ;

N

C

CN

CT

1

1

Donde N es el nmero de condensadores iguales.



2) Tensin total (VT):

La tensin aplicada al conjunto se reparte entre los terminales de cada uno de los

condensadores. Por tanto, la tensin total (VT) es igual a la suma de las distintas cadas de tensin y ser:

nT VVVV ...21

Por otro lado, tenemos que Q = V C, despejando V, tenemos que:

1

11

C

QV ;

2

22

C

QV ; ;

n

nn

C

QV ;

T

TT

C

QV

Con esta disposicin, cada uno de los condensadores trabaja a una tensin ms baja que la

aplicada a su conjunto. Sin embargo, la capacidad total (CT) obtenida es inferior a la de cualquiera de ellos.

3) Intensidad total (IT):

La corriente elctrica es la misma en todos los puntos del circuito. Es decir, la corriente slo tiene un nico camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios.

Por tanto, la intensidad total (IT) en un circuito serie, es la misma en cada condensador.

nT IIII ...21

Adems, el tiempo de carga (t) es igual para todos los condensadores. Si llamamos Q1, Q2, ,

Qn a la carga que consigue cada condensador respectivo y QT a la carga total, tendremos que:

t

Q

t

Q

t

Q

t

QI Tn ...21

De lo que se deduce que Q1 = Q2 = = Qn = QT.

Cmo se determina la capacidad total o equivalente?

Sustituyendo los trminos V1, V2, , Vn en la expresin de las tensiones:

nT VVVV ...21

Tenemos que:

n

n

T

T

C

Q

C

Q

C

Q

C

Q ...

2

2

1

1

Como las cargas son iguales:

nnT

T

CCCQ

C

Q

C

Q

C

Q

C

Q 1...

11...

2121

Como QT y Q son iguales:

n

T

T

T

CCCQ

C

Q 1...

11

21

; nT CCCC

1...

111

21

De lo que se deduce la expresin de la capacidad total o equivalente CT indicada al principio.



7.1.2. Ejemplo

Se conectan en serie tres condensadores de 4 F, 8 F y 12 F a una fuente de alimentacin de

100 V en C.C. Calcula la capacidad conseguida por el conjunto, as como la tensin a la que trabaja cada

uno de los condensadores.

Datos:

C1 = 4 F = 4 10-6 F

C2 = 8 F = 8 10-6 F

C3 = 12 F = 12 10-6 F

VT = 100 V

Operaciones:

NOTA: No olvidar que todas las operaciones se realizan en faradios (F).

1) C, Q total:

Primero, calculamos la capacidad total:

F

FFFCCC

CT

18,2

12

1

8

1

4

1

1

111

1

321

A continuacin, calculamos la carga total:

culombiosFVFVCVQ TTT46 1018,21018,210018,2100

2) C, Q, V parcial:

Primero, calculamos la carga almacenada en cada condensador:

culombiosQQQQT4

321 1018,2

A continuacin, calculamos la cada de tensin en los tres condensadores:

VF

C

C

QV 5,54

104

1018,26

4

1

11

VF

C

C

QV 25,27

108

1018,26

4

2

22

VF

C

C

QV 25,18

1012

1018,26

4

3

33



Comprobamos:

VVVVVVVVT 10025,1825,275,54321

Solucin: CT = 2,18 F ; V1 = 54,5 V ; V2 = 25,25 V ; V3 = 18,25 V

La capacidad del conjunto se ha visto reducida; en compensacin, los condensadores trabajan a

menos tensin que los 100 V aplicados al conjunto.

7.2. Asociacin de condensadores en paralelo

Se dice que un conjunto de resistencias est conectado en paralelo cuando todas las salidas estn conectadas a un punto comn y todas las entradas a otro, de forma que slo hay dos bornes que se conectan a la tensin de alimentacin.

En el siguiente esquema, se han representado varias resistencias (R1, R2, R3, , Rn)

conectadas en paralelo.

7.2.1. Resolucin del circuito

1) Capacidad total (CT):

El valor de la capacidad equivalente de un grupo de condensadores conectados en paralelo es

la suma de los valores de todos los condensadores.

Por tanto, la capacidad total (CT) ser:

nT CCCC ...21

Slo si todos los condensadores son del mismo valor se puede usar esta otra frmula:

CNCCCCT ...

Donde N es el nmero de condensadores iguales.

2) Tensin total (VT):

La tensin a la que quedan sometidos todos los condensadores es la misma y coincide con la

aplicada al conjunto. Por tanto, la tensin total (VT) es la misma en cada condensador.

nT VVVV ...21



El valor de la tensin en el circuito equivalente (VT) es el mismo que en el circuito original y se

calcula con la expresin:

T

TT

C

QV

Con esta disposicin, todos los condensadores trabajan a la misma tensin que la aplicada a su

conjunto. Sin embargo, la capacidad total (CT) obtenida es superior a la de cualquiera de ellos.

3) Intensidad total (IT):

La corriente elctrica se reparte por cada una de las ramas de la asociacin, es decir, se divide y circula por varios caminos. Existe una bifurcacin que nos permite escoger un camino u otro. El punto

donde se puede escoger un camino u otro se denomina nudo (por ejemplo, el punto A).

Por tanto, la intensidad total (IT) en un circuito serie, es la misma en cada condensador.

nT IIII ...21

Adems, el tiempo de carga (t) es para todos los condensadores. Si llamamos Q1, Q2, , Qn a

la carga que consigue cada condensador respectivo y QT a la carga total, tendremos que:

t

Q

t

Q

t

Q

t

QI Tn ...21

De lo que se deduce que Q1 + Q2 + + Qn = QT.

Por otro lado, sabemos que Q = V C, por lo que tenemos que:

Q1 = V1 C1 ; Q2 = V2 C2 ; ; Qn = Vn Cn ; QT = VT CT

Cmo se determina la capacidad total o equivalente?

Sustituyendo los trminos Q1, Q2, , Qn en la expresin de las cargas:

nT QQQQ ...21

Tenemos que:

nnTT CVCVCVCV ...2211

Como las tensiones son iguales:

nnTT CCCVCVCVCVCV ...... 2121

Como VT y V son iguales:

nTTT CCCVCV ...21 ; nT CCCC ...21

De lo que se deduce la expresin de la capacidad total o equivalente CT indicada al principio.



7.2.2. Ejemplo

Se conectan en paralelo tres condensadores de 4 F, 8 F y 12 F a una fuente de alimentacin

de 100 V en C.C. Calcula la capacidad conseguida por el conjunto, as como la tensin a la que trabaja

cada uno de los condensadores y su carga almacenada.

Datos:

C1 = 4 F = 4 10-6 F

C2 = 8 F = 8 10-6 F

C3 = 12 F = 12 10-6 F

VT = 100 V

Operaciones:


1) C, Q total:


FFFFCCCCT 241284321


culombiosFVFVCVQ TTT46 1024102410024100

2) C, Q, V parcial:

Primero, calculamos la cada de tensin en los tres condensadores:

VVVVVT 100321

A continuacin, calculamos la carga almacenada en cada condensador:

culombiosFVFVCVQ 46111 1041041004100





Comprobamos:

CCCCQQQQT4444

321 10241012108104

Solucin: CT = 24 F ; V1 = V2 = V3 = VT = 100 V ; Q1 = 4 C ; Q2 = 8 C ; Q3 = 12 C

Con este montaje, hemos conseguido aumentar la capacidad, mientras que la tensin de trabajo

permanece invariable.

7.3. Comparativa entre conexin en serie y paralelo

Conexin en serie Conexin en paralelo

Caractersticas:

La conexin en serie representa la funcin lgica Y.

La intensidad es la misma.

La tensin vara para cada condensador.

La CT disminuye.

Caractersticas:

La conexin en paralelo representa la funcin lgica O.

La intensidad vara para cada condensador.

La tensin es la misma.

La CT aumenta.

7.4. Asociacin mixta de condensadores

Se dice que un conjunto de condensadores est conectado de forma mixta cuando hay condensadores en serie y en paralelo.

7.4.1. Ejemplo

Calcula la capacidad equivalente y la tensin a la que queda sometido cada condensador del

siguiente circuito serie-paralelo.



Datos:

C1 = 100 F = 100 10-6 F = 0,0001 F

C2 = 100 F = 100 10-6 F = 0,0001 F

C3 = 50 F = 50 10-6 F = 0,00005 F

VT = 200 V

Operaciones:


1) C, Q total:


a) Primero, calculamos la capacidad equivalente de C2 y C3 que estn en paralelo:

FFFFCCC 00015,0150501003223

a) Despus, calculamos la capacidad equivalente de C1 y C23 que estn en serie:

FFF

F

FF

FF

CC

CCCT 00006,060

250

000.15

150100

150100 2

231

231


culombiosFVCVQ TTT 012,000006,0200

2) C, Q, V parcial:

Primero, calculamos la carga almacenada en cada condensador:

culombiosQQQT 012,0231

A continuacin, calculamos la cada de tensin en los tres condensadores:

a) Primero, calculamos la tensin en el condensador C1:

VF

C

C

QV 120

0001,0

012,0

1

11

b) Despus, calculamos la tensin en el condensador equivalente de C23:

VVVVVV T 80120200123

O bien:

VF

C

C

QV 80

00015,0

012,0

23

2323

Como C2 y C3 estn conectadas en paralelo la tensin de V1 y V2 son iguales:

VVVV 802332

Comprobamos:

VVVVVVT 20080120231

Solucin: CT = 60 F ; V1 = VT = 120 V ; V2 = V3 = 80 V



8. ENERGA

La energa que almacena en julios un condensador de capacidad C cuando es cargado con una

tensin V se puede calcular con la siguiente expresin:

2

2

1VCE

E: energa (julios, J).


V: tensin (voltios, V).

Ejemplo: Calcula la energa almacenada en un condensador de 2.000 F si lo conecta a una

fuente de tensin continua de 100 V.

Datos:

C = 2.000 F = 2.000 10-6 F = 0,002 F

V = 100 V

Operaciones:

JuliosJuliosVFVCE 102

20100002,0

2

1

2

1 222

Solucin: E = 10 Julios

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