Condensador en corriente continua

A continuación te voy a explicar toda la información sobre el condensador: definición, cómo funciona, cómo calcular su capacidad, carga y descarga de un condensador, así como los tipos de condensadores que existen.

Qué es un condensador

Un condensador es un dispositivo muy utilizado en la electricidad, sobre todo en aplicaciones de circuitos electrónicos. Es un elemento capaz de almacenar pequeñas cantidades de energía eléctrica para devolverla cuando sea necesaria.

Para construir un condensador, basta con montar dos placas metálicas conductoras, separadas por un material aislante, denominado dieléctrico, como por ejemplo, aire, papel, cerámica, plástico, etc.

El dieléctrico se dispone en forma de lámina muy fina para conseguir que las placas metálicas, denominadas armaduras, se encuentren lo más próximas posible.

Símbolo del condensador

El símbolo del condensador es el siguiente:

Para qué sirve un condensador

Las aplicaciones de los condensadores son muy amplias. Algunas de ellas son:

  • Se pueden construir circuitos de acción retardada, como temporizadores electrónicos, aprovechando el tiempo que tardan en cargarse
  • Se utilizan como filtros en los rectificadores, que son dispositivos que convierten la corriente alterna en corriente contínua.
  • Realización de circuitos oscilantes y del fenómeno de resonancia. Sintonía en radiodifusión
  • Supresión de parásitos en radiodifusión
  • Corrección del factor de potencia en los circuitos de corriente alterna

Funcionamiento de un condensador

El condensador se carga de electricidad según los siguientes fundamentos: Si se conectan las armaduras de un condensador a una fuente de energía eléctrica, los electrones en exceso del polo negativo de la pila se dirigirán a la armadura A, cargándola negativamente.

A su vez, en la parte interna de la armadura B, se producirá una acumulación de cargas positivas por inducción electrostática, ya que al estar las placas muy próximas, existe una atracción entre cargas eléctricas de ambas armaduras debido a la acción del campo eléctrico.

Por otro lado, la carga negativa acumulada en la parte externa de la armadura B es atraída por el polo positivo de la pila, lo que completa la carga del condensador.

Una vez que esto suceda, ya no habrá más movimiento de electrones, a no ser que se aumente la tensión de la pila.

Cuando el condensador está cargado, si se desconecta la fuente de energía eléctrica, la acumulación de cargas se mantiene gracias a que sigue existiendo la fuerza de atracción entre las armaduras cargadas debido a la diferencia de cargas.

¿Qué ocurriría si una vez cargado el condensador aplicásemos al mismo una tensión mayor?

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

¿Que ocurre si conectamos un condensador en serie en un circuito de corriente continua?

Sólo existe corriente eléctrica mientras se carga el condensador, por lo que una vez que se termina la carga, se interrumpe el circuito. Por tanto, se puede decir que un condensador no deja pasar la corriente contínua.

¿Que ocurre si conectamos un condensador en serie en un circuito de corriente alterna?

El condensador se carga mientras aumente la tensión entre sus placas y se descarga cuando la tensión acumulada es superior a la aplicada. Con lo cual, en corriente alterna, el condensador se carga y descarga en cada mitad del ciclo, haciendo fluir por el circuito corriente en todo momento.

Capacidad de un condensador

Se denomina capacidad de un condensador a la propiedad que tienen de almacenar mayor o menor cantidad de electricidad.

La cantidad de cargas que puede almacenar un condensador depende de la tensión aplicada entre sus armaduras y de sus características constructivas.

Fórmula capacidad de un condensador

Cuanto mayor sea la superficie del dieléctrico, menor la distancia que separa las armaduras y mejor la calidad del aislante, la capacidad del condensador será mayor.

La fórmula de la capacidad del condensador según sus características constructivas es la siguiente:

Donde ε es la constante dieléctrica del medio, s es la sección de las placas (en m²) y d es el espesor del aislante o la distancia entre placas (en m).

Si llamamos Q a la cantidad de carga almacenada por el condensador y V a la tensión entre las armaduras, la capacidad es igual a la siguiente fórmula:

La capacidad se mide en Faradios, que es igual a Culombios dividido entre voltios. Ya que la cantidad de faradios que se consiguen con los condensadores es muy pequeña, se suelen utilizar prefijos, y expresar la capacidad de milifaradios, microfaradios, nanofaradios o picofaradios según corresponda:

Carga y descarga de un condensador

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

Carga de un condensador

La lámpara de resisitencia R, se ha conectado en serie con el circuito para retardar el proceso de carga. El amperímetro A nos indica la intensidad de la carga y el voltímetro V la tensión a la 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 tanto, al no haber nada que se oponga al establecimiento de la corriente, la intensidad que indicará el amperímetro en el primer momento de la conexión, según la ley de Ohm es:

Según se va cargando el condensador, la tensión de este irá decreciendo, tal y como lo podríamos comprobar con el voltímetro.

En consecuencia, la diferencia de potencial que existe entre en generador y el condensador se hace más pequeñas y por tanto, se irá reduciendo la intensidad de carga. Cuando el condensador alcanza la misma tensión que el generador, se completa el ciclo de carga y la intensidad de corriente queda interrumpida.

Descarga de un condensador

Al cambiar el conmutador a la posición 2, el condensador se descarga por la lámpara:

En el primer momento, la intensidad es grade, ya que el condensador tiene toda la tensión, la misma que el generador. Según se va descargando el condensador, al tensión se va reduciendo y con ella la intensidad.

Cuando el condensador se descarga totalmente, la intensidad y la tensión se anulan:

Tipos de condensadores

Hay una amplia de diferentes tipos de condensadores en el mercado. Existen condensadores variables, a los que se le puede modificar su valor capacitivo. En este caso, veremos sólo los condensadores fijos, que son los que más aplicaciones tienen.

Condensadores de plástico

Actualmente los condensadores de plástico son los más utilizados. Utilizan como dieléctrico el poliester y es estiroflex. Su utilización tiene la ventaja de conseguir capacidades relativamente elevadas a tensiones que lleguen hasta 1000 V y capacidades desde 1 nF hasta varios mF.

Condensadores cerámicos

Los condensadores cerámicos utilizan como dieléctrico compuestos cerámicos de una constante dieléctrica muy elevada. Con ellos se consiguen valores desde algunos pF hasta los 100 nF. Soportan poca tensión.

Condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos se diferencian por sus características constructivas. Están construidos por una lámina de aluminio y otra de plomo sumergida en una disolución de cloruro de amonio (electrolito). En la actualidad se fabrican de tántalo.

Se consiguen capacidades elevadas: desde 1  microfaradios hasta decenas de miles de microfaradios).

Una de las diferencias importantes que muestran estos condensadores de los demás es que tienen polaridad, es decir, no pueden invertirse las conexiones indicadas en la superficie del componente ni aplicarse corriente alterna.

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