Los capacitores son dispositivos que almacenan energía, disponibles en muchos tamaños y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal fino) ubicado entre un aislador de cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire.
Un condensador eléctrico debido a su cualidad de almacenar energía cuenta con una amplia gama de utilidades en ese sentido, es por ello que te invito a seguir leyendo este artículo, ya que no sólo hablaremos sobre su funcionamiento e historia, sino que también tocaremos temas como los tipos de condensadores y demás aspectos relacionados con su capacidad. ¡Empecemos!
Contenido
Historia del condensador
Ewald Georg von Kleist, transcurría el año 1745 cuando descubrió que la electricidad podía ser almacenada, y para ello utilizó un generador electrostático, el cual conectó a un determinado volumen de agua depositada sobre un recipiente de vidrio, y está conexión la realizó por medio de un cable.
Asimismo, un año más tarde, Pieter van Musschenbroek, logró el diseño de un condensador muy parecido, el cual se llama botella de Leyden.
Del mismo modo, Daniel Gralath fue la primera en lograr la combinación de varias botellas de estas, pues su objetivo era incrementar la capacidad de almacenamiento para la carga eléctrica.
Benjamin Franklin fue otro personaje que investigó sobre botella de Leyden, lo que le llevó a la conclusión de que toda la carga era almacenada sobre el borde del cristal, más no sobre el agua, algo que muchos habían concluido previamente.
De igual manera, Franklin fue quien empleó el término conocido al día de hoy, el de ‘batería’. Por otra parte, aproximadamente fue hasta el año 1900 que estas botellas de Leyden fueron utilizadas por algunos equipos con mayor potencia.
Desde que se abrió el campo de la electricidad como un estudio por parte de la ciencia, los materiales que no son conductores fueron empleados especialmente para la fabricación de condensadores, y, dichos materiales son rl vidrio, el papel, la mica y la porcelana.
En ese sentido, también cabe destacar que Charles Pollak fue quien a los condensadores electrolíticos.
Asimismo, por el año 1960 los electrolitos sólidos fueron inventados por Laboratorios Bell, además de los condensadores de tantalio, dando por completada la nueva creación del transistor.
¿Qué es un condensador?
Básicamente, un condensador eléctrico es un elemento electrónico que tiene la función de almacenar energía. No obstante, en el campo de los ordenadores son empleados también para transformar señales de corriente alterna a corriente continua, esto con la ayuda de un diodo.
Asimismo, un condensador puede contar con distintas geometrías, pero, si tenemos un enfoque sobre el campo de los ordenadores, aquellos más utilizados son los condensadores cilíndricos. Todos los condensadores están compuestos por dos superficies de tipo metálicas que están separadas entre medias por un material dieléctrico.
A su vez, los condensadores empleados en placas base cuentan en su interior muchas de las mencionadas superficies metálicas concéntricas, las cuales se encuentran separadas entre cada una por dieléctricos, debido a que juntando muchas de estas disposiciones se logra una capacidad mejor en un volumen que se puede asumir.
¿Cómo Funciona un Condensador?
En primer lugar, podemos observar que un metal común contiene la misma cantidad de partículas que están cargadas tanto de energía positiva como negativa, lo que representa una neutralidad a nivel eléctrico.
Si se conecta una batería o fuente de alimentación a las placas metálicas propias de un condensador eléctrico, un corriente intentará circular o, empezarán a moverse electrones que contiene la placa que está conectada al cable de carga positiva de la batería hacia la placa metálica conectada al cable de carga negativa de la batería.
No obstante, debido a este dieléctrico posicionado entre cada placa, todos los electrones no tendrán el poder de pasar por media del condensador, lo que significa que se empezarán a establecer sobre la placa.
En ese sentido, después de que estén acumulados en la placa determinado número de componentes electrónicos, la batería contará con poca energía para lograr empujar a cualquier componente electrónico nuevo para que entre en la placa, esto es provocado por la repulsión de todos los componentes electrónicos que ya estaban anteriormente allí almacenados.
A partir de este momento, el condensador ya se encuentra con la carga completa. La primera placa ha logrado el desarrollo de una carga puramente negativa, mientras que la segunda ha desarrollado una carga positiva pura, estableciendo un campo eléctrico que presenta una fuerza de atracción entre estas placas, lo que preserva la carga de este condensador.
Principio de Funcionamiento Dieléctrico del Condensador
Un dieléctrico se compone de moléculas polares, y esto significa que cada una puede variar su orientación según las cargas que las dos placas contienen. Por lo tanto, las moléculas logran una alineación en conjunto al campo eléctrico, de manera que se permita una mayor atracción de electrones hacia la placa de tipo negativo, esto, mientras que mantienen fuera de alcance de la placa positiva a los demás electrones.
Ahora bien, después de que este se encuentre cargado completamente, si es momento de retirar a la batería, ya que va a preservar la energía eléctrica durante bastante tiempo, logrando un papel de almacenar energía.
Claro, si ambos extremos del capacitor son cortados por medio de una carga, comenzará a circular una corriente mediante la carga. Por lo que los electrones que se encuentran acumulados por parte de la primera placa empezarán a movilizarse hacia la segunda placa, de tal manera que las dos placas regresen a su neutralidad eléctrica.
En ese sentido, este es básicamente el principio de funcionamiento principal que un condensador eléctrico tiene.
¿Para qué sirve un condensador?
Cómo ya he comentado anteriormente, un condensador eléctrico tiene la principal función de almacenar energía. No obstante, cuenta con muchos tipos de usos, ya que en combinación con otros componentes electrónicos podrá conformar sistemas bastante interesantes. Igualmente, debido a su principal función de almacenar energía, estos condensadores se pueden utilizar como baterías, pero, en su lugar suelen emplearse generalmente pilas electrolíticas, las cuales no son iguales.
De igual manera, si nos trasladamos al mundo de los ordenadores, entre las fuentes de suministro podemos encontrar una amplia gama de condensadores. Básicamente, las fuentes de alimentación para PC transforman la tensión alterna que presenta la red de electricidad a tensión continua.
Por otra parte, la reducción voltaje es una media que no requiere utilizar condensadores, ya que se ejecuta a través de transformadores, pero, cuando se trata de transformar corriente alterna a continua, si son requeridos este tipo de dispositivos.
Es por esta razón que estos elementos son hallados en diversos condensadores, ya que el objetivo es brindar una óptima señal continua. En ese aspecto, esta es una función que los capacitadores de la mano de diferentes elementos, pueden realizar a la perfección.
En el caso de olas placas base, es común notar condensadores que también se encuentran repartidos en todo su terreno en diversos lugares. De igual manera, cada grupo presenta funciones diferentes, un ejemplo de ello son los que de encuentran alrededor del socket del CPU, los cuales tienen la función de que exista una mayor filtración de la corriente, esto a la vez que la energía es almacenada por su parte, evitando cortes instantáneos y brindando una ayuda adicional de cara a regular el voltaje.
Tipos de condensadores
A continuación vamos a conocer los tipos de condensadores eléctricos que existen actualmente:
Electrolíticos
Este tipo de condensadores tiene el dieléctrico compuesto por papel que está impregnado en electrolito. Asimismo, suelen utilizarse en aplicaciones eléctricas, como las fuentes de alimentación por ejemplo.
Electrolíticos de tántalo o de gota
Este tipo de condensador eléctrico utiliza como dieléctrico una película finísima de óxido de amorfo tantalio, el cual a pesar de tener un espesor menor, cuenta con una capacidad aislante mayor. A su vez, gracias a esa forma de gota es que reciben su nombre más popularizado.
De poliéster metalizado MKT
Suelen presentar una capacidad menor a 1 µF y, su voltaje de funcionamiento se encuentra generalmente desde los 63. En lo que respecta a su estructura, este condensador eléctrico se compone de dos láminas de policarbonato, el cual está recubierto por un metálico depósito.
De poliéster
Los condensadores eléctricos son muy parecidos a los que se mencionaron anteriormente, sin embargo, tienen una diferencia en cuanto a la fabricación, la cual es diferente en cuanto al proceso. En algunos casos estos condensadores se pueden ver con forma plana, además de que sus datos los llevan impresos a través de bandas coloridas, motivo que les lleva a ser conocidos bajo el nombre de ‘bandera’. Asimismo, su máxima capacidad suele ser de 470 nF.
Poliéster tubular
Muy parecidos a los mencionados en el punto anterior, este tipo de condensador eléctrico tienen un enrolle más normal en cuanto a forma, ya que es sin aplastar.
Cerámicos de ‘lenteja’
Son los condensadores de cerámicos más comunes. Por otra parte, sus valores de capacitancia se encuentran entre los 0.5 pF a los 45 nF, y, en muchas ocasiones cuentan con sus datos impresos con las bandas de color ya mencionadas.
Cerámico de tubo
En este caso, sus valores de capacitancia son producto del orden entre los Picofaradios. Asimismo, generalmente no se usan en la actualidad, puesto que la deriva térmica que tienen es grande.
Capacidad de un condensador
La capacitancia de un condensador eléctrico es su propiedad encargada de definir cuál es la máxima cantidad de carga eléctrica que se encuentra almacenada en este.
Del mismo modo, la capacitancia varía según la forma que presenta el condensador, y, puede ser calculada a través de la utilización de las propiedades que tenga el material dieléctrico y las características que presenten los conductores. A continuación vamos a ver la capacidad que tiene un condensador eléctrico cuyas placas son paralelas:
Antes de continuar es importante dejar claro que la capacitancia es básicamente la relación que tiene la carga (Q) con las placas o, la diferencia de potencial (V) que existe entre las placas.
C = Q / V,
Entonces, la corriente se puede conseguir como:
I (t) = C [d (v) / d (t)]
Esto puede expresarse como faradio (F).
Tomando la referencia de la definición mencionada anteriormente, se puede notar que la capacitancia es proporcional directamente a la carga y, es proporcional inversamente a la tensión.
Asimismo, la capacidad de un condensador eléctricose puede incrementar a través de la cantidad de placas, lo que asiste en la preservación del tamaño que presenta el condensador. De igual manera, en este caso se aumenta el área que conforman las placas.
Las unidades estándar de capacitancia
En la mayoría de casos, el faradio suele ser un valor elevado para que la capacitancia del condensador se exprese, no obstante, hay otras unidades que también se utilizan, entre las que destacan:
- Microfaradio (UF).
- Nanofaradios (NF).
- Picofaradios (PF).
Tensión nominal de un condensador
En líneas generales, este no se considera como voltaje hasta el momento que el condensador logra su carga completa, está determinada como tensión máxima hasta el punto con la que el condensador eléctrico puede funcionar con la mayor seguridad. Dicho esto, es esta la tensión que se denomina como voltaje de funcionamiento o tensión de trabajo.
Si por su parte el condensador es aplicado con una mayor tensión a la que está presente, se puede dañar por culpa de la generación de un arco entre cada placa, ya que el dieléctrico se fragmenta.
En el momento que se diseñan los circuitos con sus condensadores, hay que tener especial cuidado con el voltaje, y es que básicamente este es un voltaje mayor que el empleado en el circuito.
Un ejemplo de ello:
En caso de que el voltaje de funcionamiento por parte del circuito es en este caso de 12 V, es importante que se seleccione un condensador cuya tensión nominal sea de 12 V o más.
Esta tensión de funcionamiento propia del condensador, obviamente va a depender de todos de diversos aspectos, como el material dieléctrico que se emplea entre cada placa del condensador eléctrico, el grosor que presenta el dieléctrico y por supuesto, el tipo de circuito que es usado.