Condensador: ¿Qué es?, ¿Para que sirve?, Funcionamiento y más

El condensador eléctrico, que también es designado de forma frecuente con el anglisismo o capacitador, que deriva de su nombre equivalente en inglés, se trata de un  dispositivo pasivo que es usado en materia de electricidad y electrónica, y que puede almacenar energía por medio de un campo eléctrico.

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Elementos de un condensador

Está compuesto por dos superficies conductoras, que usualmente tienen forma de láminas o placas, dispuestas en una situación de influencia total, lo cual quiere decir que todas las líneas que forman el campo eléctrico que salen de una se conectan a la otra y están separadas por un componente dieléctrico o por la permisividad eléctrica de un vacío.

Estas superficies conductoras, que van a ser sometidas a un Factor de potencia diferente, logran almacenar una preestablecida carga eléctrica, que será de signo positivo en una y de signo negativo en la otra, resultado de lo cual la variación de la carga total será nula.

Un condensador verdaderamente no puede guardar una carga ni corriente eléctrica, lo que en verdad guarda es una energía mecánica dispuesta a ser utilizada cuando es agregado al circuito, aunque pareciera que se trata de un elemento que es susceptible de guardar la energía eléctrica que recoge mientras se encuentra en el lapso de carga, para proceder posteriormente a transferirla luego, mientras se encuentre en el lapso de descarga.

Condensador eléctrico

El condensador se trata de un componente eléctrico que se utiliza para guardar una carga eléctrica, utilizando en el proceso la divergencia de la potencia para ser liberada luego. Otro nombre con el que se le designa es el de capacitor eléctrico.

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¿Cómo es que un condensador logra almacenar la carga eléctrica?

Trataremos de explicar cómo es el funcionamiento de un condensador y los tipos que existen.

Para que un condensador pueda almacenar una carga eléctrica, usa dos placas o superficies que funcionan para conducir electricidad que tienen forma de láminas separadas por un material dieléctrico aislante.

Estas placas o láminas son las que se recargarán con electricidad cuando lo conectamos a una batería o a una fuente que produzca electricidad. Las láminas se recargarán con la misma cantidad de carga, pero con diferente signo, esto quiere decir es que una será positiva y otra será de signo negativo.

Cuando el condensador esté cargado ya tenemos entre las dos láminas una o tensión y estará preparado para entregar esa carga guardada cuando lo conectemos a una fuente de salida.

El material dieléctrico que forma la distancia entre las láminas puede ser papel, aire, aluminio, cerámica, tantalio, y ciertos plásticos, pero ello va a depender del tipo de condensador de que se trate.

El denominado material dieléctrico es el que se utiliza para aislar componentes eléctricamente entre sí, por esa razón debe tratarse de un material que sea buen aislante. En el caso del condensador la separación de las dos láminas se logra por medio de la carga eléctrica.

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La cuantía de la carga eléctrica que es almacenada por un condensador se mide en Faradios. Pero esa unidad de medida es muy voluminosa, por ello se estila usar como medida el microfaradio, que se suele representar como diez, elevado a menos seis faradios. Un µF = 10-6 F. Igualmente se utiliza como unidad de medida el picofaradio, que es una unidad menor porque se representa como diez, elevado a menos doce faradios. Un pF = 10-12 F.

A la magnitud de carga que puede ser almacenada en un condensador se le denomina capacidad del condensador y se la expresa con la siguiente fórmula:

C = q / V

Donde:

C = a magnitud o cantidad de carga almacenada

q = a la carga de una de los dos placas o láminas y se mide con la unidad de culombios.

V = a la tensión o d.d.p que puede existir entre las dos láminas, o lo que es lo mismo, la tensión del condensador y se mide en voltios.

De acuerdo a esta fórmula, un condensador que tenga una carga de 1 culombio y con una tensión de 1 voltio, tendrá una capacidad de almacenamiento de 1 Faradio. Como hemos explicado con anterioridad, este condensador sería enorme, porque un Faradio se trata de una unidad de capacidad muy voluminosa, que ocuparía un área aproximada de 1.011m2, lo que en la práctica es imposible de lograr.

Si quisiéramos hacer el despeje de la tensión de un condensador utilizando la fórmula que antes les hemos mostrado quedaría de la siguiente forma:

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V = q / C

¿Cómo es la carga y descarga de un condensador?

Un condensador no se desprende de su carga de manera inmediata, se trata de lo mismo que ocurriría si deseamos pasar en un coche de 100Km/h a 120Km/h, es decir, que no se puede pasar directamente, sino que hay un período transitorio en el cual la velocidad va ascendiendo. De igual forma pasa con su carga, tampoco es instantánea.

Como se podrá observar en próximas secciones de este artículo, esta capacidad hace que un condensador pueda ser usado como un temporizador.

Veamos cómo se logra cargar y descargar un condensador tomando como base un circuito muy simple, en el que solo vamos a tener una resistencia de salida R2 y un conmutador, para cargar o descargar el condensador, dependiendo de la posición. La R1, como podremos observar es para que podamos controlar el tiempo de carga y recibe el nombre de resistencia de carga.

Proceso de carga del condensador

Cuando coloquemos el conmutador en la posición normal del circuito, el condensador estará en serie con R2 y estará cargándose.

El lapso que se demora en adquirir la carga va a estar relacionado con la capacidad del condensador y con la capacidad que tenga la resistencia que se haya colocado en su interior. La resistencia tiene por finalidad constituir una barrera que dificulte el paso de la corriente hasta el condensador, es por eso que mientras mayor sea la resistencia, más será el lapso que tarde en adquirir la carga.

Ello ocasionará que los electrones que circulen por el circuito se desplazarán de forma más lenta hacia el condensador debido a la acción de la resistencia.

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Se debe calcular el tiempo de carga en función de la tensión que tenga el condensador, el cual se va a cargar hasta llegar a su máxima capacidad al cabo de 5 x R1 x C segundos, lo cual se puede expresar en la siguiente fórmula:

t = 5 x R x C;

Donde:

t = tiempo de carga de un condensador

R = resistencia de carga

C = capacidad del condensador.

¿Qué ocurriría si no ponemos la resistencia de carga R1?

De acuerdo a la fórmula al ser R1 = 0, el condensador se cargará de forma instantánea, pero no es así, porque el todo condensador tiene una resistencia, que para los cálculos debe considerarse como depreciable frente a R1.

De todas maneras no se recomienda cargar un condensador directamente sin haber colocado una resistencia de carga, debido a que la corriente de carga podría ser muy alta y echar a perder el condensador.

Debes recordar la siguiente fórmula: I = V / R, que es la ley de ohm. Entonces si R es muy pequeña, la I será muy grande. En el caso del condensador la corriente sería:

I = V / I condensador

Debido a que la I del condensador es muy pequeña, el condensador sería cargado con una I muy voluminosa. Esta relación podría ocasionar que los conductores del circuito y el propio condensador no la soporten y se quemen.

 ¿Qué pasa una vez que el condensador está cargado completamente?

Cuando hayamos logrado que el condensador se haya cargado, ya no necesitará más carga de la batería y por esa razón tendrá el mismo comportamiento que el de un Interruptor Magnetotérmico abierto, entre los dos extremos del condensador se ubicaría una d.d.p, la del condensador, pero no tendríamos circulación de corriente a través de él, ello quiere decir que la I por el condensador será de 0 amperios, pero sí retendrá el voltaje o tensión.

En el proceso por el que pasa un condensador, llegará un punto en el que retendrá su carga total y no recibirá mas corriente de la batería.

Cómo hemos dicho antes, el condensador estará cargado y actuará como un interruptor abierto, pero en el momento que cambiemos la posición del conmutador, el condensador se descargará sobre R2 y lograremos que circule la corriente a través de él. Esta actividad la explicaremos a continuación.

Proceso de descarga del Condensador

Al cambiar la posición del conmutador, la carga del condensador será descargada sobre la resistencia de salida R2.

Al igual que en la relación de carga, la descarga del condensador no se hará de manera inmediata, ello dependerá de la R2 de salida y de la capacidad del condensador. La fórmula para cargar y descargar el condensador es la misma. A mayor R2 mayor tiempo de descarga:

t = 5 x R x C.

Donde:

t = tiempo de descarga.

R = resistencia de salida. (Este valor, en esta fórmula, será el de R2 en lugar de R1)

C = capacidad del condensador.

Si además de la R2, colocáramos otro receptor, como puede ser un led o una lámpara, se podría tener control del tiempo que estará encendido. ¿Cuál será este tiempo? Será el tiempo que tarde la descarga a través de R2 y del led o lámpara.

Además si colocáramos como R2 un potenciómetro (a modo de resistencia variable), se podría modificar el tiempo de descarga, modificando el valor de la resistencia del potenciómetro y con ello habremos concluido el temporizador.

Igualmente no se recomienda cargar un condensador sin que tenga un R1, tampoco es recomendable que sea descargado directamente sin que tenga un R2, porque se estaría provocando un cortocircuito, con un I muy voluminoso de descarga y, por consiguiente, también podríamos quemar el condensador.

Utilizar un condensador como filtro

Si tenemos un condensador en paralelo con una resistencia, que esté alimentado por una corriente alterna, vamos a explicar que sucede con este circuito.

Al inicio del procedimiento el condensador tendrá un valor de carga cero y recibirá una carga por vía de la tensión de alimentación. Transcurrido un lapso, el condensador se hallará cargado completamente.

Lo que ocurre con posterioridad es que el condensador empezará a liberar la energía retenida, pero al instante en que comience a liberar la carga, el elemento que suministre la corriente en alterna medirá la pérdida y comenzará a suministrar de nuevo energía al condensador.

Debido a esta relación, el condensador nunca llegará a descargase por completo.

La tensión en Rl o tensión de salida, al encontrarse en paralelo con el condensador, será la misma que tenga el condensador, por eso la onda de la tensión de salida será una onda rectificada, de tal manera que solo tendrá la cresta de la onda. Este tipo de relación se usa, por ejemplo, para una fuente de alimentación o en los rectificadores de media onda.

¿Cuáles son los tipos de capacitores?

Los condensadores o capacitores se clasifican según el material dieléctrico que utilizan. Aunque el tipo no es muy importante, se puede decir que los más utilizados son los electrolíticos, que son los que están compuestos de papel, los de aire y los cerámicos.

Los condensadores electrolíticos son los que llevan incluida la polaridad, por lo que tienen cuentan con un positivo y un negativo fijos para poder hacer la conexión, evitando que se pueda invertir la polaridad en sus patillas.

El material que más se utiliza para la fabricación de condensadores es el tantalio, porque tiene una gran capacidad para el almacenamiento y un especial poder de miniaturización. Pero son condensadores que reciben muchas críticas por ser hechos de un mineral que procede del coltán, material que por su explotación, provoca muchas muertes en el Congo.

Un condensador electrolítico está formado por una disolución química corrosiva, razón por la cual siempre tienen que ser conectados en la polaridad correcta. Suelen tener una patilla larga y otra corta, para poder hacer la distinción y la larga siempre debe ir al positivo y la corta al negativo.

Igualmente los condensadores se pueden clasificar como fijos y variables. Esta distinción se hace en función de su capacidad para variar la carga que mantienen. Será fijo si su valor de capacidad se mantiene igual, pero será variable si tiene una capacidad que puede ser ajustada.

Código de los condensadores

Los condensadores poseen un código de colores, parecido al de las resistencias, que nos va a permitir calcular el valor de su capacidad, pero están expresados en picofaradios (que es una relación 10-12 Faradios).

Código de colores de los condensadores

El primer color indica el valor de la primera cifra de la capacidad, el segundo el de la segunda y el tercero el del factor de multiplicación, que es 10 elevado al número del código del color.

El cuarto color informa sobre la tolerancia, el porcentaje que puede variar del valor teórico (el producto de la operación matemática resultado de los 3 primeros colores) sobre su capacidad. Por ejemplo 10%, 20%, y así sucesivamente.

Si un condensador tiene un valor de 1000pF y una tolerancia del 10%, ello querrá decir que su valor verdadero puede estar entre un 10% más o un 10% menos. Es decir, que tendría una variación de entre 900 y 1100 pF, pero lo común es su valor se acerque bastante al valor teórico, que en este caso sería de 1000pF.

Un quinto color explicará la tensión de trabajo del condensador, es decir, la tensión a la que se carga.

El valor de los colores vienen en un tabla, iguales a los de las resistencias, así que conociendo el valor de los colores, veamos un ejemplo:

¿Qué valor tendría un condensador con los siguientes colores verde-azul-naranja?

Verde = 5; azul = 6, Naranja = 3; por lo tanto tendrá una capacidad = 56 x 103 picofaradios = 56000 pF = 56 nF.

Código japonés

Existe otro código que se utiliza en los condensadores y es denominado código japonés o código 101. Se trata de un código de tres números.

Imagina que ves un condensador llamado condensador 104:

Si eso es así, estarías observando un condensador con código Japonés. Este código es de fácil manejo porque los dos primeros dígitos hay que multiplicarlos por 10 y elevarlo al tercer dígito, lo que lo convierte en el factor multiplicador, y el usuario podrá calcular su capacidad en picofaradios (10-12 Faradios).

Si se trata de un condensador con código 104, la fórmula se calcularía de esta manera: 10 x 104 picofaradios = 0.1 microfaradios y estaríamos frente a un condensador cerámico 104.

Código por letras

Existen muchas maneras de identificar a los condensadores y una de ellas es utilizando el código de letras, dejando de lado el método de identificación por barras de color, y para que resulte menos susceptible a errores, en este caso el código se imprime directamente en el cuerpo del condensador, con letra y número.

Por ejemplo se el condensador tiene la letra K, eso quiere decir que es cerámico, las siguientes letras impresas van a estar referidas a su tolerancia. Respecto al número, que puede estar ubicado de forma inicial o final, indicará el valor de la capacidad o de la tensión.

Por colocar un ejemplo, aunque existe mucha variedad, si observamos un condensador marcado con las letras 47J, la J nos dice que la tolerancia es del 5% y el número 47 quiere decir 47 pF. Otro ejemplo es el 4p7M, en este caso el 4p7 indica 4,7pF y la letra M indica que la tolerancia 20%. Existen tantas maneras diferentes que no vale la pena aprenderse este código de letras.

Condensadores fabricados en serie

Podemos encontrar condensadores en serie, en los cuales la tensión total resulta ser la suma de las tensiones de los 2 condensadores y la fórmula es la siguiente:

Vt = V1 + V2; en el caso del circuito de la figura Vab será la total.

Debes recordar que V1= q/C1, con esta fórmula podríamos sustituir las V en la anterior.

La capacidad total de todos los condensadores en el circuito en serie sería:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3…. y así hasta el número total de condensadores que tengamos conectados en serie.

Condensadores fabricados en paralelo

Si queremos utilizar condensadores en paralelo, la tensión de carga de cada condensador es igual a la de la batería por encontrarse ajustados en paralelo:

Vab = V1 = V2 = V3 …….

Así que, la carga total almacenada en el circuito con todos los condensadores sería la suma de las cargas de todos los condensadores:

Ct = C1 + C2 + C3 …….

Usos de los condensadores

Los condensadores suelen ser utilizados en:

  • Baterías, por su cualidad de almacenar energía.
  • Memorias, por la misma cualidad.
  • Filtros.
  • Fuentes de alimentación.
  • Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes.
  • Demodular AM, junto con un diodo.
  • Osciladores de todos los tipos.
  • El flash de las cámaras fotográficas.
  • Tubos fluorescentes.
  • Compensación del factor de potencia.
  • Arranque de un Motor Eléctrico de fase partida.
  • Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

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