Electrónica Básica: Capacitores

Un capacitor es uno de los elementos pasivos mas utilizados en proyectos de electricidad y electrónica, por esta razón trataremos de indicar la información mas relevante sobre estos.

¿Qué es un capacitor?

Se define como la relación entre la carga eléctrica Q y la diferencia de potencial V, matemáticamente expresado como:

C = Q / V

La capacitancia de un capacitor se mide en unidades llamadas Faradios. En pocas palabras esta formula nos quiere decir “Cuánta carga un arreglo de conductores puede almacenar a un determinado voltaje”.

Breve historia del capacitor

La evolución de los condensadores tuvo lugar de manera interesante. En el siglo VI, un científico griego “Thales of Mileus” frotó el ámbar con pieles de animales. El ámbar adquirió la capacidad de recoger pequeños trozos de material. Después de varios miles de años (en el siglo XVIII) se produjeron muchos cambios.
Von Kleist construyó el primer condensador práctico. Tomó una botella médica y la llenó parcialmente con agua, y luego la selló bien con un corcho. Más tarde, empujó un clavo a través del corcho en el agua. A continuación, el clavo se hizo para entrar en contacto con la máquina electrostática, esto produjo algo de carga. Cuando Von Kleist estaba a punto de tocar el clavo, sintió que las cargas separadas podían reunirse fluyendo a través de su propio cuerpo.

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Uno de los famosos experimentos fue Leyden Jar. Van Musschenbroek realizó un experimento que se puede decir como el primer condensador. Su experimento fue casi similar al de Von Kleist; Sin embargo, solo sacó el agua de la botella y usó papel metálico para envolver tanto dentro como fuera de la jarra. Había una cadena de metal que fue conducida a través del corcho en la parte superior de la jarra. Esta cadena estaba enganchada con algo que produciría la carga. En el momento en que se entregó la carga, el frasco mantendría dos cargas iguales pero opuestas en equilibrio hasta que se conectaran con un cable que produjera una chispa o un choque.

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Y poco tiempo falto para que un cientifico llamado Daniel Gralath fuera el primero en combinar varios frascos en paralelo para formar la primer batería.

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Este experimento avanzó otro paso, antes de la conclusión dada por el gran científico Benjamin Franklin. Dijo que la carga estaba almacenada en el vaso, no en el agua. Entonces, esto lo hizo reemplazarlo con una hoja dieléctrica como un papel engrasado intercalado entre las hojas de láminas metálicas que se enrollaron o doblaron en un paquete pequeño. Finalmente, el experimento tomó buena forma cuando Michel Faraday agregó su contribución. Se le ocurrió un concepto de constante dieléctrica. No solo inventó el primer condensador fijo práctico y el condensador variable, sino también el primer condensador utilizable que se hizo con grandes barriles de petróleo.

Simbología del capacitor

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Como ya se mencionó los capacitores se miden en unidades de faradios. La mayoría de los valores están en micro faradios, un micro faradio es una millonésima parte de un faradio, un pico faradio es una millonésima parte de un micro faradio. Algunos de los condensadores no están polarizados tal como pasa con las resistencias por lo tanto se pueden colocar de cualquier manera en un circuito. Los condensadores electrolíticos generalmente tienen ánodo y cátodo, entonces deben colocarse en una dirección particular, esta polaridad se encuentra especificada en el cuerpo del capacitor para evitar que se quemen o se cree un mal funcionamiento en el circuito. Los condensadores electrolíticos se evaporan después de 2000 horas a 105 grados centígrados (a menos que el fabricante especifique lo contrario).

Construcción de un capacitor

El modelo básico de capacitor está hecho de dos metales de placa que están separados por un material dieléctrico. A partir de este concepto básico de construcción, los condensadores se han desarrollado en muchos modelos diferentes de construcción.

Los capacitores reales se fabrican tomando tiras finas de lámina metálica y material dieléctrico, y luego uniéndolos entre sí.

En un capacitor electrolítico de aluminio hay una hoja de aluminio, un electrolito y papel poroso.

En los condensadores cerámicos, la cerámica actúa como un material dieléctrico.

En los condensadores de aire, el aire se utiliza como medio dieléctrico. En el futuro, debido a la tecnología avanzada, los capacitores se fabricarán utilizando diferentes tipos de material dieléctrico que los hace simples, multipropósito y también económicos.

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Tipo de capacitores más usados

Capacitor Electrolítico: Un capacitor electrolítico usa un electrolito para lograr una capacitancia mayor que otros tipos de capacitores. Un electrolito es un líquido o gel que contiene una alta concentración de iones. Casi todos los condensadores electrolíticos están polarizados, lo que significa que la tensión en el terminal positivo siempre debe ser mayor que la tensión en el terminal negativo. El beneficio de la gran capacitancia en los condensadores electrolíticos también presenta varios inconvenientes. Entre estos inconvenientes se encuentran las grandes corrientes de fuga, las tolerancias de valor, la resistencia en serie equivalente y una vida útil limitada.

Capacitor Cerámico: Un condensador cerámico utiliza un material cerámico como el dieléctrico. La cerámica fue uno de los primeros materiales que se usaron en la producción de condensadores, ya que era un aislante conocido. Se utilizaron muchas geometrías en los capacitores cerámicos, algunos de los cuales, como los capacitores tubulares cerámicos y los capacitores de capa de barrera, son obsoletos hoy en día debido a su tamaño, efectos parásitos o características eléctricas. Los tipos de capacitores cerámicos más utilizados en la electrónica moderna son el capacitor cerámico multicapa, también denominado capacitor de chip multicapa cerámico (MLCC) y el capacitor de disco cerámico. Los MLCC son los condensadores más producidos con una cantidad de aproximadamente 1000 mil millones de dispositivos por año.

Capacitor de Tantalio: Los condensadores de tantalio son un subtipo de condensadores electrolíticos. Están hechos de metal de tantalio que actúa como un ánodo, cubierto por una capa de óxido que actúa como dieléctrico, rodeado por un cátodo conductor. El uso de tantalio permite una capa dieléctrica muy delgada. Esto da como resultado un mayor valor de capacitancia por volumen, características de frecuencia superiores en comparación con muchos otros tipos de capacitores y una excelente estabilidad en el tiempo. Los condensadores de tantalio están generalmente polarizados, lo que significa que solo pueden conectarse a una fuente de alimentación de CC observando la polaridad correcta del terminal.

Capacitores de Poliester: Los condensadores de película se utilizan ampliamente debido a sus características superiores. Este tipo de condensador no está polarizado, lo que los hace adecuados para la señal de CA y el uso de energía. Los capacitores de película pueden fabricarse con valores de capacitancia de muy alta precisión y retienen ese valor más tiempo que otros tipos de capacitores. Esto significa que el proceso de envejecimiento es generalmente más lento que en otros tipos de condensadores, como el condensador electrolítico. Los condensadores de película tienen una larga vida útil y de almacenamiento, y son muy fiables, con una tasa de falla promedio muy baja.

Aplicaciones de los Capacitores

Aunque ya algunos nos damos una idea de las aplicaciones más comunes de los capacitores, a continuación se resaltan las características de estos:

  • Baterías: Por la cualidad de almacenar energía de respaldo.
  • Acoplar las secciones de circuitos eléctricos.
  • Modulación de señales de radio por ejemplo el AM.
  • Para el cambio de fases.
  • Para crear tiempos de retardo.
  • En la puesta a tierra de las frecuencias no deseadas.
  • Flash en cámaras fotográficas.
  • Para filtrar las ondulaciones en un circuito rectificador y formas de onda.
  • Desfibriladores Eléctricos.

Por lo tanto, esto es todo acerca de la evolución y los diferentes tipos de condensadores.

Espero les haya parecido interesante este tema, puedes dejarnos un comentario para sugerirnos algún tema adicional.

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