Fundamentos de Condensadores e Inductores: Características y Aplicaciones Esenciales

Condensadores: Fundamentos y Tipos

Características Principales de un Condensador

• Capacidad nominal: Cantidad de carga eléctrica que un condensador es capaz de acumular. Su unidad es el faradio (F), y se define mediante la relación: C = Q/V.
• Tolerancia: Indica el rango de variación porcentual del valor real de la capacidad respecto a su valor nominal.
• Tensión máxima de trabajo: Es la tensión máxima que el condensador puede soportar de forma continua sin sufrir daños. Este valor suele estar impreso en el componente, junto a su capacidad nominal.

Tipos de Condensadores

Los condensadores se agrupan principalmente en fijos, con un valor nominal establecido por el fabricante, y variables (o ajustables), cuya capacidad puede ser modificada por el usuario.

• De papel: Son económicos, pero con tolerancias relativamente altas y menor precisión.
• De plástico: Poseen excelentes características eléctricas, alta precisión (tolerancias bajas), buena estabilidad térmica y pérdidas dieléctricas mínimas.
• De mica: Al igual que los de plástico, presentan excelentes características eléctricas, siendo ideales para aplicaciones de alta frecuencia, aunque sus capacidades suelen ser bajas.
• Cerámicos: Aunque su calidad es inferior a los de papel, plástico y mica en ciertos aspectos, son ampliamente utilizados debido a su tamaño compacto y bajo costo. Son adecuados para aplicaciones de alta frecuencia.
• Electrolíticos: Ofrecen capacidades muy elevadas. Son polarizados y se utilizan principalmente en circuitos de corriente continua (CC) para filtrado y almacenamiento de energía. Su comportamiento en media y alta frecuencia es deficiente y tienden a deteriorarse con el tiempo.
• De aceite: Permiten obtener valores de capacidad elevados, pero su gran tamaño los restringe a aplicaciones en equipos de alta potencia.
• Condensadores variables: Su capacidad se puede modificar, generalmente variando la superficie efectiva de sus placas o la distancia entre ellas.

Energía Almacenada en un Condensador

La energía (E) almacenada en un condensador se calcula mediante la fórmula:

E = (1/2)CV²

Donde E se mide en julios (J), C es la capacidad en faradios (F) y V es la tensión en voltios (V).

Carga y Descarga de un Condensador

El tiempo de carga y descarga de un condensador en un circuito RC (resistencia-condensador) se caracteriza por la constante de tiempo (τ), que se calcula como:

τ = RC

Donde τ se mide en segundos (s), R es la resistencia en ohmios (Ω) y C es la capacidad en faradios (F).

Inductores (Bobinas): Principios y Aplicaciones

Definición de Inductor o Bobina

Un inductor, también conocido como bobina, es un componente eléctrico pasivo que almacena energía en forma de campo magnético cuando una corriente eléctrica fluye a través de él. Está formado por un hilo conductor enrollado en forma de espiral, a menudo alrededor de un núcleo de material ferromagnético.

Coeficiente de Autoinducción

El coeficiente de autoinducción (L) es un parámetro que depende de la geometría del inductor y de las propiedades magnéticas del material de su núcleo. Se expresa en henrios (H). La relación entre el flujo magnético (Φ) y la corriente (I) en el inductor se define como:

L = Φ/I

Energía Almacenada en un Inductor

La energía (E) almacenada en un inductor se mide en julios (J). Si L es el valor de la inductancia en henrios (H) e I es la corriente que atraviesa el inductor en amperios (A), la energía se calcula como:

E = (1/2)LI²

Carga y Descarga de un Inductor

El tiempo de carga y descarga de un inductor en un circuito RL (resistencia-inductor) se caracteriza por la constante de tiempo (τ), que se calcula como:

τ = L/R

Donde τ se mide en segundos (s), L es la inductancia en henrios (H) y R es la resistencia en ohmios (Ω).

Tipos de Inductores

Existen diversos tipos de inductores, diseñados para aplicaciones específicas:

• Inductores fijos: Utilizados en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo filtrado, acoplamiento, y almacenamiento de energía en fuentes de alimentación, circuitos de radiofrecuencia y audio.
• Inductores variables: Permiten ajustar su inductancia, comúnmente usados en circuitos sintonizados o de ajuste fino.
• Inductores de núcleo de aire: Ofrecen baja inductancia y son adecuados para aplicaciones de alta frecuencia donde la linealidad es crucial.
• Inductores con núcleo ferromagnético: Proporcionan mayor inductancia en un tamaño más pequeño, pero pueden presentar no linealidades y pérdidas a altas frecuencias.

Nota: Aunque los transformadores utilizan el principio de la inductancia mutua, son dispositivos que se clasifican y estudian aparte, con aplicaciones específicas en conversión de tensión, aislamiento y acoplamiento de impedancias.