Aplicaciones de los capacitores Una de las diferencias más importantes entre los capacitores y las baterías es que un capacitor puede liberar toda su carga en una pequeña fracción de segundo, mientras que a una batería le llevaría minutos o incluso horas descargarse completamente. Por eso los capacitores son utilizados en aparatos aparatos como el flash flash electrón electrónico ico de cámaras cámaras fotográfica fotográficas, s, en el que la batería batería carga al capa capaci cito torr del del flas flash h dura durant nte e unos unos segu segund ndos os y lueg luego o al toma tomars rse e la foto fotogr graf afía ía se libe libera ra instantáneamente la carga del capacitor encendiendo la luz del flash. !s muy importante tener en cuenta que estas descargas descargas instantáneas de electricidad, convierten a los capa capacit citore ores s en dispo disposit sitivo ivos s altame altamente nte pelig peligros rosos os por por eso mismo mismo las las unida unidade des s de flash, flash, televisores, fuentes de computadoras entre otros aparatos tienen etiquetas de advertencia que recomiendan no abrirlos para evitar posibles shoc"s el#ctricos. !stos grandes capacitores pueden matar a una persona que los toca si liberan la carga acumulada. $lgunas de de las aplicaciones aplicaciones prácticas prácticas más comunes de de los capacitores capacitores incluyen% incluyen% •
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&ispositivos que requieren capacitores para almacenar una carga la cual debe ser liberada rápidamente como por e'emplo el flash de la cámara fotográfica, grandes láseres que requieren haces brillantes e instantáneos. (os capacitores pueden eliminar ondas o rizos en la frecuencia de la corriente el#ctrica. )i en un circuito con corriente de volta'e continuo &* hay rizos u ondas un capacitor grande puede absorber los picos y llenar los valles, nivelando el volta'e. Un capacitor puede bloquear corriente de volta'e continuo. )i se conecta un capacitor a una batería, la corriente de'ará de circular entre las terminales de la batería una vez que el capacitor est# cargado por completo. )in embargo, si por el circuito fluye una corriente de volta'e alterno, #sta pasará por el capacitor sin obstáculos. !sto sucede porque el capacitor se cargará cargará y descarg descargará ará continu continuamen amente te mientras mientras la corrient corriente e alterna alterna fluct+a, fluct+a, dando la impresión de que la corriente alterna fluye sin trabas.
Una función muy importante que tienen los capacitores es la de filtrar o suavizar las corrientes el#ctricas. Un capacitor puede ser utilizado para tomar una señal variable con ondas o rizos y nivelarla o rectificarla. !l capacitor se llena con la carga de la corriente el#ctrica durante los picos de la onda y libera corriente durante los valles de la onda contrarrestando las ondas de la señal y quedando así suavizada o filtrada. Por e'emplo, los capacitores son utilizados en fuentes de energía como las de las computadoras, o consolas de 'uegos, las cuales convierten la corriente alterna de la red el#ctrica en continua. !n circuitos en los que el volta'e de la corriente el#ctrica fluct+a mucho mediante el uso de un capacitor intermedio se puede nivelar bastante el mismo ya que cuando el volta'e aumenta la energía sobrante es almacenada por el capacitor y cuando ba'a la energía acumulada es liberada. *omo dato interesante es bueno saber que si a ese circuito se le agrega una resistencia 'unto al capacitor, la fluctuación en el volta'e casi desaparece por completo. Para Para visua visualiz lizarl arlo o me'or me'or,, un pequ pequeñ eño o capa capacit citor or en un circui circuito to se pued puede e carga cargarr y desca descarga rgar r rápidamente pero no tiene gran capacidad de almacenamiento esto significa que puede filtrar o nivelar me'or una onda de alta frecuencia, sin embargo no puede filtrar corrientes de frecuencia más ba'a con la misma efectividad. Por el contrario, un capacitor grande tiene alta capacidad de
almacenamiento pero le lleva más tiempo cargarse y descargarse, por lo que es más efectivo rectificando una corriente el#ctrica de ba'a frecuencia que una de alta. $ partir de esto llegamos a la conclusión de que se pueden armar circuitos el#ctricos que responden a distintas frecuencias de corriente, acorde al tamaño y tipo de capacitores que se utilizan en los mismos. tra gran propiedad que tienen los capacitores es la de generar demoras o retrasos en los circuitos el#ctricos. !n electrónica muchas veces es necesario realizar tareas que ocurren con frecuencias determinadas en períodos constantes o entre determinados intervalos de tiempo esto se logra poniendo demoras en el flu'o de la corriente el#ctrica. Para visualizarlo nuevamente con una analogía hidráulica se puede pensar en un balde o cubeta de agua, cuyo tamaño así como el ritmo con el que echamos el agua dentro, determina cuanto tiempo se necesita para que el balde se llene. (o mismo ocurre con los capacitores, un capacitor más grande tarda más en llenarse que uno más pequeño, deteniendo el flu'o de la corriente el#ctrica por un tiempo determinado. $sí seg+n el tamaño del capacitor utilizado se logran demoras el#ctricas cada cierta frecuencia. !sta t#cnica es muy utilizada en los dispositivos o aparatos que realizan tareas cada cierto tiempo como por e'emplo relo'es, cronómetros y cualquier tarea que para ocurrir requiera el paso de determinados intervalos de tiempo regulares. $sí, con distintos tipos de capacitores capacitores se puede regular o controlar la frecuencia de la corriente el#ctrica en circuitos, y por otro lado crear demoras que hacen que las tareas ocurran con cierto ritmo. Por eso mismo, los capacitores son de tanta importancia en el desarrollo de dispositivos electrónicos. Pantallas táctiles capacitivas (Touchs screens) (as pantallas táctiles o touch screen tan populares hoy día en P&$s, iPhones, )martphones y otros dispositivos funcionan gracias a la tecnología de los capacitores. !l cristal de la pantalla está impregnado con una cobertura metálica transparente. $demás deba'o de la pantalla hay una grilla de pequeños electrodos. &e esta manera la corriente el#ctrica pasa por la capa metálica y llega a unos sensores, creando una especie de capacitor. $l tocar con el dedo la pantalla, pantalla, dada la conductividad conductividad de la piel humana se genera una descarga el#ctrica que crea una variación en la carga de la capa capacitiva. (os sensores se ubican en cada esquina del monitor los cuales calculan con e-actitud a partir de las diferencias de carga en cada esquina la posición e-acta donde el contacto con el dedo ocurrió. !sta información luego es enviada a un softare especial dando los resultados requeridos. Cuando se toca la pantalla táctil capacitiva, hay una descarga eléctrica hacia el dedo. Luego desde los sensores de cada esquina se mide la dierencia de distancia, o!teniendo as" la posici#n e$acta del dedo, tras lo cual se env"a una se%al a un sot&are encargado de traducir estas se%ales en tareas
CAPAC'T*+
*
AA-/*
*-
0T*+ !stá !stán n
dise diseña ñado dos s +nic +nicam amen ente te para para
un
servicio servicio intermite intermitente% nte% típicame típicamente nte para no más de /0 arranques por hora 1ciclo de 2 minutos3 con cada periodo de arranque sin e-ce e-cede derr de 2 segu segund ndos os.. Peri Period odos os más más larg largos os de arra arranq nque ue o
arra arranq nque ues s
más más
frecuentes causarán un incremento e-cesivo de calor dentro del capacitor y provocarán una falla prematura. (os capacitores de arranque son referidos por sus microfaradios en rangos que pueden ser muy variados. Por e'emplo 4056420 microfaradios y se encuentran en los volta'es como 440v, //0v, 220v, etc. Usualmente su forma física puede ser de un pequeño cilindro de plástico negro. (o (os capacitores de traba'o, a diferencia del de arranque, están diseñado
para un
servicio continuo. !l capacitor siempre está en el circuito cuando el motor
está
traba'ando. !llos us usualmente tienen menos microfaradios, como 47 mfd, o
incluso
trae dos factores de capacitancia como en algunos casos en mini )plit de
$8*%
*apacitor de 20 mfd 9 7 mfd y volta'e de ::vac y los puedes encontrar en
volta'es
//0v, 2;0v, ::0v, etc. !l propósito del aceite o de otro fluido dentro de estos capacitores capacitores es incrementar incrementar la fortaleza del diel#ctrico diel#ctric o como papel, poli#ster o polipropileno y act+an como disipador de calor.
!stos motores monofásicos de corriente alterna c alterna cu uyo rango va de fracciones de =P hasta =P., se usan ampliamente con muchas apli aplica caci cion ones es de tipo tipo mono monofá fási sico co tale tales s como como accionamiento a maquinas y herramientas herramientas como como pueden ser taladros, pulidoras, motobombas, etc. !ste !ste motor motor es similar similar en su construcción al de partida, e-cepto que se conecta un capacitor en con su devanado de arranque. (os (os motor motores es de arran arranqu que e con con capac capacito itorr están están equipados tambi#n como los de fase partida, con devanado devanado de traba'o y arranque, pero el motor un condens condensador ador 1capacito 1capacitor3, r3, que permite permite tener tener mayor par de arranque. !l capacitor se conecta en serie con el devanado arranque y el sitch sitch o o interruptor centrífugo
47
fase serie
tiene
de
0otor con capacitor en marcha !ste tipo de motor tiene dos devanados permanentes que, en general, se arrollan con alambre de un mismo diámetro y el mismo numero de vuelta, es decir, los devanados son id#nticos. >a que traba'a en forma continua como motor de arranque por capacitor no se necesita interruptor centrifugo. (os motores de este tipo arrancan y traba'an en virtud de la descomposición de l fase de cuadratu cuadratura ra que produce producen n los dos devana devanados dos id#ntic id#nticos os desplaza desplazados dos en tiempo y espaci espacio. o. !n consecuencia, consecuencia, no tiene el alto par de marcha normal que producen los motores ya sea de arranque por capacitor o de arranque por resistencia por resistencia.. !l capacitor que se usa se diseña para el servicio servicio continuo y es del tipo de baño de aceite aceite.. !l valor del del capacitor se basa más en su característica característica de marcha óptima que en la de arranque. $l instante de arranque, la corriente en la rama capacitiva es muy ba'a. !l resultado es que estos motores, a diferencia de los de arranque por capacitor, tienen par de arranque muy deficiente, de entre 70 a 400 por ciento del par nominal, dependiendo de la resistencia del rotor. !ste tipo de motor se presta al control control de de velocidad velocidad por por variación del volta'e de suministro. )e usan diversos m#todos para para a'ust a'ustar ar el volta' volta'e e aplic aplicad ado o al estato estatorr y produ producir cir el contro controll dese desead ado o de velocida velocidad, d, como transformadores con varia varias s salida salidas, s, varia variacs, cs, poten potenció ciómet metros ros y resistencias resistencias o o reactores con varias salidas.
&ebido a su funcionamiento uniforme y a la posi posibi bili lida dad d de cont contro rola larr la velo veloci cida dad, d, las las apli aplica caci cion ones es de este este moto motorr pued pueden en ser ser ventiladores de toma y descarga en maquinas de oficina oficina,, unidades de calefacción o aire acondicionado.
AC/0/LA*+ * *-*1'A Un capaci capacitor tor carga cargado do,, pued puede e propo proporci rcion onar ar carga el#ctrica para realizar un cierto traba'o. Por Por lo tant tanto, o, todo todo capa capaci cito torr carg cargad ado o tien tiene e una energ"a potencial eléctrica U acumulada acumulada 1que se mide en ?@?, ?'oule? o ?'ulio?3. Puede demostrarse que U A U A 148/ 148/33 Q BV BV y enton entonce ces s tambi# tambi#n n pued puede e e-presarse U A U A
148/3 Q/8 C A C A
148/3 C 1BV 1BV 3/
*omo e'emplo de aplicación de los capacitores con esta función 1acumuladores de energía3 se tiene tienen n los magne magnetiz tizad adore ores s y desmagnetizadores de imanes imanes 1de 1de parlantes por por e'.3 e'.3,, sist sistem emas as de campo magn#tico pulsado, fuentes de plasma pulsado, circuitos de disparo del flash de cámaras fotográ fotográfica ficas s y de algunos algunos chispero chisperos s 1encend 1encendedo edores3 res3 electrón electrónicos icos.. )eg+n )eg+n la aplicació aplicación, n, estos estos capacitores deben ser capaces de cargarse con más o menos alto volta'e 1entre 0./ y 4 "C típicamente3 y ser aptos para soportar descargas más o menos rápidas 1entre 0.004 y 4 ms típicamente3. 2'LT+ * '3A !sta función se encuentra en las fuentes de alimentación 1de corriente y8o de volta'e3, donde los capacitores se utilizan para eliminar 1?filtrar?3 el rizado o riple remanente de la conversión de corriente alterna 1$*3 en continua 1&*3 realizada por el circuito rectificador. =asta apro-imadamente los años 4D50Es, los diseñadores electrónicos calculaban el transformador Schade? 1 )chade = 4D:2 óptimo para una dada aplicación, mediante el uso de las ?*urvas de Schade? Proc. IRE 45 IRE 451;3 $nalysis of of
*uando señales compuestas por diferentes frecuencias se aplican a un capacitor, #ste tiene más ?reactancia capacitiva? a las ondas de relativa ba'a frecuencia. !ste hecho tiene una importante aplicación en los circuitos preamplificadores y amplificadores de audio. !n particular, los divisores de frecuencia pasivos 1compuestos por capacitores, bobinas y resistores3 que se encuentran dentro de algunas ca'as ac+sticas 1?baffles?3, tienen configuraciones simples denominadas 6iltros pasa altos6 que de'an pasar las frecuencias medias y altas 1a trav#s de capacitores en serie3 hacia los parlante parlantes s de sonidos sonidos medios medios y agudos agudos 1?teete 1?teeters?3 rs?3.. Hambi#n mbi#n forman forman 6iltros pasa bajos6 que cortocircuitan a tierra los agudos 1a trav#s de un capacitor en paralelo3 para que no lleguen a los parlantes de sonidos más graves 1?oofers?3. !stos divisores de frecuencia tambi#n se utilizan con pubs, para enviar los ba'os hacia lámparas de cierto luces psicod#licas en teatros, discotecas y pubs, color, y los sonidos medios y los altos a otras lámparas de diferente color.
IJ(H<) &! $U&JI )JKHKJL$&
2ig. 78 !lemento 78 !lemento capacitivo de sintonía de un receptor superheterodino $G de bolsillo.
capacitores
se
usan
para
eliminar
Por el contrario, en los 6iltros de rechazo filtros ?notch?3, los de banda banda6 1o un estrecho rango de frecuencias.
!lementos reactivos como capacitores y bobinas producen desfases entre corriente y volta'e. (os capacitores permiten permiten que la corriente se adelante al volta'e 1ángulo de fase negativo3 y las bobinas atrasan la corriente 1ángulo de fase positivo3. (os filtros pasabanda y rechazo de banda determinan una frecuencia particular denominada denominadarecuenci recuencia a de resonancia , donde el efecto del capacitor sobre la corriente se compensa e-actamente e-actamente con el efecto de la bobina, haciendo que la señal que posea esa frecuencia 1y las cercanas3 pueda pasar con menor reactancia en el filtro pasabanda, o por el contrario, que esa señal se pierda con mayor facilidad en el filtro notch. 2'LT+ * 2*C/*-C'A * L'-*A (os filtros notch tambi#n se utilizan para eliminar m+ltiplos de la frecuencia de la red el#ctrica que puedan interferir con un dado equipo. Por e'emplo, si la red es de 70 =z, seg+n el equipo puede haber filtros notch implementados con capacitores para eliminar ?ruido? de frecuencia 70, 400, 470 y /00 =z. P<H!*H *KH$*H) &! !n circui circuitos tos induct inductivo ivos s 1dond 1donde e haya haya bobin bobinas as33 los capa capacit citore ores s funci funcion onan an como como supres supresore ores s 1?snu 1?snubb bbers ers?3 ?3 de trans transito itorio rios. s. *onect *onectad ados os en paral paralelo elo sirven sirven para para abso absorbe rberr la energ energía ía de la sobretensión inducida, ya que hacen que el transitorio de corriente evolucione más lentamente 1y por lo tanto que el volta'e inducido sea menor3, evitando que un contacto el#ctrico se funda y se perfore, perfore, o protegie protegiendo ndo compone componentes ntes pasivos pasivos 1como 1como bobinas, bobinas, transfor transformado madores res y motores motores3, 3, o evit vitando quemar compo mponentes tes activ tivos 1co 1como tran ransis sistore tores s, tiristores y triacs3. sobretensión. 0/LT'PL'CA*+ * 9LTA:* 9LTA:* *onectando diodos rectificadores y rectificadores y capacitores, se pueden implementar configuraciones de alto volta'e que cargan los capacitores en los semiciclos $*, aumentando el volta'e entre dos puntos dados del circuito. )e utilizan en fuentes de alto volta'e 1como por e'. las fuentes de televisores y de ozonizadores de aire en hospitales y de agua en piscinas3.
2ig. 48 &iagramas 48 &iagramas esquemáticos de un duplicador de volta'e y de un multiplicador de volta'e e-tendible, a partir de una fuente de volta'e $* V i1t 3 de amplitud V G, capacitores y diodos rectificadores. !n el segundo circuito, cada capacitor queda cargado con V G y, donde se unen el diodo y el capacitor n-ésimos, n-ésimos, se tiene el volta'e de salida V o1n3 A nV G.
7.; Acumuladores (digitales y anal#gicos) de inormaci#n8 ransistors,, transistores de efecto de campo3, los 'unto con la gran familia familia de ?I!HNs? ?I!HNs? 1Field 1 Field Effect ransistors capacitores se utilizan en referencias de volta'e, dentro de ?chips? de memorias y en circuitos lógicos.
C-+TA-T*+ * T'*0P < ACPLA0'*-T (os capacitores sirven para producir constantes de tiempo 1del tipo ! A A RC o o equivalentes3 en temporizadores, alarmas, sirenas, atenuadores de luz 1?dimmers?3 y convertidores portátiles de volta'e.. volta'e (os capacitores tambi#n sirven para acoplar circuitos lógicos, etapas de amplificadores y sondas con instrumentos 1como osciloscopios3. '-T*1A*+ < *'9A*+ C (as constantes de tiempo RC tambi#n tambi#n se utilizan para hacer que un capacitor en paralelo 1como en ba"os3 se comporte como un integrador de los volta'es con frecuencias una configuración pasa configuración pasa ba"os3 superiores a la frecuencia de corte f 62dM 62dM del filtro. Por el contrario, un capacitor en serie 1como en una configuración pasa altos3 altos3 se comporta como un derivador de los volta'es con frecuencias inferiores a la frecuencia de corte f 62dM 62dM del filtro.
2ig. =8 Iiltro =8 Iiltro pasa6ba'os funcionando funcionando como integrador integrador y filtro pasa pasa6a 6alt ltos os func funcio iona nand ndo o como como deri deriva vado dorr. &iag &iagra rama ma esqu esquemá emátic tico o de cada cada circui circuito, to, &iagra &iagrama ma de #ode de la ganancia $ en decibel 1dM3 de cada filtro, y deducción de su func funcio iona nami mien ento to como como inte integr grad ador or y como como deri deriva vado dor r respectivamente.
Por Por e'em e'empl plo, o, cuan cuando do se busc busca a medi medirr la inte intens nsid idad ad #1t 3 del del camp campo o magn magn#t #tic ico o alte altern rno o 1de 1de frecuencia f 3 producido por un bobinado $*, se puede usar un integrador 1formado simplemente por una resistencia y un capacitor tales que la frecuencia f sea sea mucho mayor que frecuencia frecuencia de corte f 6 filtro RC pa RC pasab saba' a'os3 os3.. *omo *omo el volta' volta'e e % 1t 3 indu induci cido do en los los e-tr e-trem emos os del del bobi bobina nado do es 2dM del filtro proporcional a la derivada del flu'o magn#tico &, este volta'e se aplica al integrador, y de este modo la señal de salida resulta proporcional a &1t 3 y por lo tanto, tambi#n proporcional a #1t 3. 3. +*L*CT*+ C-0/TA*+ TACT'L !n selectores de pisos en ascensores, teclado en ca'eros, y en dispositivos como las ruedas táctiles de lo los s iPod's iPod's,, los capacitores sirven como interruptores electrost(ticos, electrost(ticos, en lugar de los clásicos ?botones? electromecánicos que act+an por presión mediante piezas móviles. *+2A+A*+ * L'-*A (C*CC'- *L >2ACT PT*-C'A?) !n un circuito $* 1de corriente alterna de 70 ó de F0 =z3 hay que distinguir entre dos potencias% Potencia media que media que se calcula como la media de la potencia instantánea P 1t 3 en un período, y que
representa la potencia realmente utilizada por la maquinaria, que suele especificarse en att 1O3 y s)uare3 de la Potencia aparente que aparente que es el producto de los valores eficaces 1