Fundamentos del Capacitor: Componentes, Funcionamiento y Aplicaciones Eléctricas

Un capacitor es un dispositivo fundamental en electricidad y electrónica, diseñado para almacenar energía en forma de campo eléctrico.

Componentes Clave de un Capacitor

• Dieléctrico: Es la sustancia aislante ubicada entre las placas conductoras del capacitor. Su presencia aumenta la cantidad de carga que el capacitor puede almacenar, incrementando así su capacidad. La relación entre la capacidad de un capacitor con dieléctrico y uno sin él se conoce como constante dieléctrica.

Conceptos Fundamentales

• Capacidad: Se define como la cantidad de carga eléctrica que un capacitor puede almacenar por unidad de tensión aplicada.
• Capacidad de un Capacitor de Placas Paralelas: Esta capacidad es directamente proporcional a la constante dieléctrica del material aislante y al área de las placas, e inversamente proporcional a la distancia entre ellas.
• Corriente de Fuga: Es una pequeña corriente que circula entre las placas de un capacitor debido a que el material dieléctrico nunca es un aislante perfecto. Este fenómeno se debe a la resistencia muy elevada (del orden de megaohmios, MΩ) que presenta el dieléctrico al paso de la corriente.
• Tensión de Ruptura del Dieléctrico: También conocida como rigidez dieléctrica o resistencia dieléctrica, representa la máxima tensión por unidad de longitud que el material dieléctrico puede soportar sin perder sus propiedades aislantes.

Configuraciones de Capacitores

• Capacitores en Serie: En esta configuración, todos los capacitores comparten la misma cantidad de carga eléctrica.
• Capacitores en Paralelo: En esta configuración, todos los capacitores están sometidos a la misma tensión eléctrica.

Circuitos RC y Constante de Tiempo

• Circuito RC: Cuando una resistencia (R) se interpone entre la fuente de alimentación y el capacitor (C), la resistencia limita la cantidad de carga que llega al capacitor. Esto provoca que el capacitor tarde un tiempo determinado en cargarse completamente.
• Constante de Tiempo (τ): Se define como el tiempo que tarda un capacitor en cargarse hasta aproximadamente el 63.2% de su valor máximo de carga cuando está conectado a una fuente de tensión a través de una resistencia.

Descarga de un Capacitor

La descarga de un capacitor ocurre cuando un capacitor previamente cargado se conecta en paralelo con una resistencia. Las cargas almacenadas en el capacitor comienzan a circular a través de la resistencia, provocando que el capacitor se descargue gradualmente.

Tipos Comunes de Capacitores y sus Características

Capacitor de Papel y Aceite

• Soporta tensiones entre 200 V y 1000 V.
• Tolerancia en su capacidad: 10% a 20%.
• Capacidad relativamente pequeña.
• Utilizado para aislamiento de alta tensión.

Capacitor de Poliéster y Policarbonato

• Capacidad: varía entre 1 nF y 2.2 µF.
• Tensión de trabajo: entre 100 V y 600 V.
• Tolerancia: 5%, 10% y 20%.
• Ofrecen una buena gama de valores de capacidad en dimensiones reducidas.
• Aislamiento superior a 20000 MΩ.

Capacitor de Poliestireno

• Capacidad: entre 10 pF y 10 µF.
• Tensión: 30 V y 500 V.
• Aislamiento: superior a 100000 MΩ.
• Adecuado para tensiones de trabajo elevadas.

Capacitor Cerámico

• Capacidad: desde 0.5 pF hasta 40 µF.
• Tensiones: desde 3 V hasta 3000 V o más.
• Tolerancia: 1% y 50%.
• Amplia gama de tensiones de trabajo.
• Adecuado para aplicaciones de altas frecuencias.

Capacitor Electrolítico

• Capacidad: varía entre 1 µF y 22000 µF.
• Tensión de trabajo: entre 12 V y 1000 V.
• Tolerancia: entre -20% y +50%.
• Tamaño reducido en relación a su alta capacidad.
• Son polarizados, lo que significa que deben conectarse respetando la polaridad.
• Tienen una duración limitada en comparación con otros tipos.

Capacitores Variables y Ajustables

• Variables: Permiten alterar continuamente la capacidad según sea necesario para modificar el funcionamiento del circuito.
• Ajustables: Permiten ajustar la capacidad una sola vez para alcanzar un punto de funcionamiento deseado y mantenerlo de forma indefinida.