¿Qué son los capacitores? y cuáles son sus tipos

Los capacitores o condensadores son dispositivos electrónicos pasivos. Debido a su capacidad de almacenamiento de energía tienen diversas aplicaciones.

Actualmente, algunas memorias para microcontroladores o equipo de cómputo basan su funcionamiento en estos dispositivos.

En esta publicación te platico acerca del principio de funcionamiento de los capacitores o condensadores. Asimismo, te explicaré la forma en que se pueden conectar. Finalmente, te hablaré sobre los tipos y las diferencias existentes entre los mas comunes.

Principio de funcionamiento de los capacitores

Comencemos por decir que, un capacitor depende de su capacitancia. De forma general, se puede decir que la capacitancia C, es una forma de medir la aptitud que tiene un condensador para almacenar energía. Cabe señalar que, su unidad de medida es el farad (F). Un farad, equivale 1 coulomb/volt.

Un capacitor esta formado por dos conductores separados por un aislante. Por ejemplo aire, cerámica, aceite, papel, cartón o algún material que impida el flujo de electrones.

Inicialmente, se considera que los conductores no están cargados. Se pueden cargar al aplicarles una diferencia de potencial o voltaje V. Es decir, desde una fuente de energía, se les transfiere carga Q. Asimismo, cada conductor quedará con la misma magnitud de carga, pero con signo contrario.

Cabe señalar, que cuando se dice que un capacitor tiene carga Q, se considera que un conductor, con el potencial mas elevado, tiene carga +Q. En consecuencia, el otro conductor, con la carga mas baja tiene carga -Q.

Ahora, una vez que se establecen las cargas, en los conductores, se puede retirar la fuente de energía o voltaje. En consecuencia, los conductores presentarán una diferencia de potencial entre ellos, inicialmente igual a la magnitud de la fuente de voltaje.

La diferencia de potencial o voltaje es directamente proporcional a la carga. Es decir, si se incrementa la carga, se incrementa la magnitud del voltaje almacenado en el condensador. A la razón entre la carga y la diferencia de potencial almacenado se le llama capacitancia. Es decir:

C=Q/V

También, otra forma de conocer la capacitancia de un condensador es a través de ciertos parámetros con los que está construido. Es decir, si se conoce el área A, de los conductores, así como la distancia d, entre ellos, la capacitancia es:

Conexión de los capacitores

De forma comercial, los capacitores se fabrican en ciertos valores. Asimismo, ya están determinados o estandarizados las magnitudes de los voltajes a los que operan.

Lo anterior implica que en ciertas ocasiones no se tenga disponible, de forma comercial, un valor específico requerido. Sin embargo, mediante conexiones serie o paralelo de dos o mas capacitores es posible obtener valores diferentes a los comerciales.

Conexión en serie

Este tipo de conexión es cuando la terminal de un capacitor se conecta a la terminal de otro, consecutivamente, hasta n capacitores, como se muestra en la figura. Cabe señalar que al unir condensadores de esta forma, se tendrá una capacitancia equivalente, entre las terminales de los capacitores de los extremos del circuito, iguale a:

Lo anterior indica que la capacitancia disminuye al conectar condensadores en serie. Asimismo, el voltaje total almacenado, será igual a la suma de los voltajes almacenados en cada capacitor.

Conexión en paralelo

En este tipo de conexión, todos los extremos de un lado de los capacitores se conectan a un mismo punto. Asimismo, las terminales restantes, del otro lado de cada capacitor se conecta a un mismo punto, diferente a donde se conectaron las primeras terminales, como se muestra.

Cabe señalar que en este caso, la capacitancia equivalente, medida en los dos puntos donde se conectaron las terminales de los condesadores es:

Lo anterior indica que al conectar condensadores en paralelo, se suma o incrementa su valor de capacitancia. Asimismo, el voltaje total almacenado, a diferencia de la conexión seria, será igual en todos los capacitores que integran el circuito o conexión.

También, se pueden formar circuitos o conexiones mixtas, donde se combinan las serie y paralelo, como se muestra a continuación dos ejemplos. Cabe señalar que para obtener la capacitancia equivalente del circuito, éste se debe ir resolviendo por partes, identificando las conexiones serie o paralelas.

Tipos de condensadores

De forma comercial existen diversos tipos de capacitores. Prácticamente, cada uno es nombrado acorde al material dieléctrico del que están construidos. Recordemos que este material se encuentra entre sus conductores y debe ser un material aislante, eléctricamente hablando. Generalmente, se emplean tiras largas de hojas metálicas (conductores), separadas por tiras de hojas de materiales aislantes.

Cabe señalar que las principales funciones de este material dieléctrico es mantener fijos los dos conductores del capacitor. Asimismo, los mantiene separados por distancias muy pequeñas.

También, el dieléctrico incrementa la diferencia de potencial entre las placas o conductores del condensador. Es decir, incrementa su capacidad de almacenamiento.

Comercialmente, tenemos capacitores de poliester, cerámica, mica, plástico, óxido de aluminio y tantalio.

Capacitores cerámicos

Los condensadores cerámicos tiene las características de tener pérdidas bajas y su valor dieléctrico es muy alto, comparado con el del aire.

Su ventaja es que se pueden lograr altos valores de capacitancia en dispositivos de dimensiones pequeñas. Sin embargo, su valor es muy sensible a la temperatura de trabajo, por lo que pequeñas variaciones de temperatura pueden generar cambios significativos en su valor.

Capacitores de mica

Son dispositivos que literal, tiene una hoja de mica entre sus conductores. Generalmente son de costo elevado, debido a que son estables y sus corrientes de fuga son pequeñas. Es decir, mantienen su carga por largos periodos de tiempo.

Capacitores de poliester

Similares a los condensadores con dieléctricos de papel, donde sustituyen este ultimo material. Actualmente se combina al poliester con metal, ayudando a reducir sus dimensiones físicas. Cabe señalar que se caracterizan por tener pequeñas pérdidas.

Capacitores electrolíticos

Son de los mas comunes y populares debido que se pueden lograr grandes valores de capacitancia. Sus precios sulene ser bajos, comparados con otro tipo de capacitores. Su gran desventaja es que su corriente de fuga es significativa.

Es decir, no logran conservar su carga por largos periodos de tiempo. Cabe señalar que la mayor parte son polarizados. Lo anterior indica que una placa o conductor debe conectarse al polo positivo del circuito o fuente de alimentación y la otra placa al polo negativo.

De conectarse al contrario, el funcionamiento del circuito donde se encuentre será incorrecto, asimismo, se corre el riesgo de que el condensador explote.

Conclusiones

Ahora conoces que es un capacitor o condensador y que son dispositivos capaces de almacenar energía en forma de diferencia de potencial o voltaje.

También, se mostraron los tipos de conexiones que se pueden tener, principalmente para lograr valores que no se encuentran disponibles de forma comercial. Finalmente, hemos visto los diferentes tipos que se tienen y sus características.