Carga y Descarga de Condensadores: Fórmula, ecuaciones y ejemplos

¿Qué es un condensador?

Un condensador es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía eléctrica en un campo eléctrico. Un condensador tiene dos conductores que están cerca, pero aislados entre sí por un aislante o región no conductora. Este aislante también se conoce como dieléctrico. Los conductores suelen ser de un metal fino; y el aislante puede estar hecho de vidrio, aire, película, cerámica y otros materiales. Los condensadores se utilizan principalmente en el almacenamiento de energía, como los circuitos digitales de una computadora. Almacenan la energía eléctrica para que no se pierda información durante un corte eléctrico. Otras aplicaciones de los condensadores incluyen:

• Acondicionamiento de energía
• Acoplamiento o desacoplamiento de señal
• Filtrado electrónico de ruido.
• Sensores remotos

Un capacitor tiene dos placas: una placa positiva y una placa negativa. A medida que la corriente eléctrica fluye a través del circuito eléctrico, el condensador acumula energía en la placa positiva. Una cantidad igual de carga eléctrica fluye desde la placa negativa simultáneamente, manteniendo cargas iguales en ambas placas. El condensador retiene la energía que se recoge cuando se apaga el circuito eléctrico.

La capacitancia (C) es la capacidad de un sistema para almacenar cargas eléctricas. Es la relación entre el cambio de carga eléctrica en un sistema y el cambio correspondiente en su potencial eléctrico. La capacitancia de un capacitor se mide en unidades llamadas faradios (F).

Carga y descarga de un condensador

Cuando un condensador se conecta a un circuito de corriente continua (CC), puede ocurrir carga o descarga. La carga se refiere a la situación en la que hay un aumento en la diferencia de potencial, mientras que ambas placas conductoras obtienen una carga igual y opuesta. La corriente continua es un flujo unidireccional de carga eléctrica. El capacitor está completamente cargado cuando el voltaje de la fuente de alimentación es igual al de los terminales del capacitor. Esto se llama carga de condensadores; y la fase de carga finaliza cuando la corriente deja de fluir por el circuito eléctrico.

Cuando se retira la fuente de alimentación del condensador, comienza la fase de descarga. Durante la descarga, hay una reducción constante del voltaje entre las dos placas hasta llegar a cero.

La constante de tiempo (T) es el producto de la resistencia y la capacitancia. Refleja la velocidad a la que se carga y descarga un condensador. La constante de tiempo es proporcional a la resistencia y la capacitancia. Si la resistencia y la capacitancia son pequeñas, entonces la constante de tiempo también será pequeña. Una constante de tiempo pequeña también significa que el condensador se cargará y descargará a un ritmo más rápido.

Ecuación de constante de tiempo: T=RC, donde T es la constante de tiempo medida en segundos (s), R es la resistencia medida en ohmios (ohmios) y C es la capacitancia medida en faradios (F).

Corriente continua versus corriente alterna

Cuando los capacitores se conectan a una fuente de corriente continua (CC), las placas conductoras se cargarán hasta que el voltaje en el capacitor sea igual al de la fuente de energía. El capacitor mantendrá esta carga, actuando como un dispositivo de almacenamiento siempre que también se mantenga el voltaje de la fuente de energía. Sin embargo , si el condensador está conectado a una fuente de corriente alterna (CA), alternará carga y descarga según la frecuencia de la fuente de alimentación.

Ejemplos de la ecuación de carga de condensadores

La ecuación para la carga eléctrica almacenada en un capacitor es Q=CV, donde Q es la carga eléctrica medida en culombio (C), C es el valor de capacitancia medido en faradios (F) y V es el voltaje aplicado medido en voltios (V ).

Ejemplo: ¿Cuál es la carga eléctrica almacenada entre las placas conductoras de un capacitor con una capacitancia de 0.5 F y un voltaje aplicado de 15 V?

Ecuación: Q=CV

Respuesta: 0,5 x 15 = 7,5

La ecuación para la carga de un capacitor se puede expresar como la constante de tiempo, la velocidad a la que se carga.

Ejemplo: ¿Cuál es la constante de tiempo para un circuito con una resistencia de 47000 ohmios y una capacitancia de 0,001 F?

Ecuación: T=RxC

Respuesta: T= 47000 x 0,001= 47s

Ejemplos de la fórmula de descarga del condensador

Cuando un capacitor se descarga, no pierde su carga a un ritmo constante y el voltaje a través de las placas del capacitor es igual al de la fuente de alimentación. La velocidad de descarga es más rápida cuando se retira la fuente de alimentación por primera vez y disminuye exponencialmente a medida que el condensador pierde carga. Por tanto, la ecuación para la descarga del condensador es función del tiempo durante el período de descarga.

Vc = Vs xe -t/RC, donde Vc es el voltaje a través del capacitor, Vs es el voltaje de suministro, t es el tiempo desde la eliminación del voltaje de suministro y RC es la constante de tiempo del circuito de descarga.

Ejemplo: si un capacitor está completamente cargado a 10 V, calcule la constante de tiempo y cuánto tiempo tardará el capacitor en descargarse completamente (igual a 5 constantes de tiempo). La resistencia del circuito es de 100000 ohmios y la capacitancia es de 0,000022 F.

Respuesta: la constante de tiempo es T=100000 x 0,000022= 2,2s

Tiempo para descargar completamente = 1 vez Constante = 2,2 s. Por lo tanto, 5 constantes de tiempo = 5 x 2,2 = 11s

¿Cómo se descarga un condensador de forma segura?

La forma en que se debe descargar un capacitor depende de su tipo y capacitancia. Se debe tener mucho cuidado al descargar ciertos condensadores porque existe el riesgo de cortocircuito y daños al condensador, así como de descarga eléctrica, incendio o explosión. La energía de un condensador cargado también puede provocar quemaduras y la muerte. Siempre se deben usar guantes y gafas aislantes al descargar un condensador.

La descarga segura de un condensador requiere aplicar una resistencia con una carga de resistencia adecuada a sus terminales para eliminar la energía almacenada. Los dispositivos electrónicos modernos suelen contener resistencias que drenan los condensadores una vez desconectados. Los dispositivos electrónicos más antiguos no los tienen y pueden ser peligrosos de manipular. Las bombillas y los destornilladores aislados son cargas resistivas de uso común.

• Desconecte cualquier fuente de alimentación del condensador y su circuito.
• Identifique los condensadores en la placa de circuito.
• Dé la vuelta a la placa de circuito para acceder a los terminales del condensador.
• Conecte los cables de su carga resistiva a los terminales del capacitor.
• Dale tiempo al condensador para que se descargue.
• Verifique el voltaje usando un voltímetro para ver si el capacitor está completamente descargado.

Resumen de la lección

Un condensador es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía eléctrica en un campo eléctrico. Un condensador tiene dos conductores que forman sus placas exteriores, que están aisladas por un aislante o región no conductora. Un condensador en su forma más básica es la presencia de dos terminales y la capacidad de almacenar una carga. La capacitancia (C) es la capacidad de un sistema para almacenar cargas eléctricas. Es la relación entre el cambio de carga eléctrica en un sistema y el cambio correspondiente en su potencial eléctrico. La constante de tiempo (T) de un capacitor es el tiempo necesario para cargar un capacitor a través de una resistencia. La ecuación de la constante de tiempo es T=RC, donde T es la constante de tiempo medida en segundos (s), R es la resistencia medida en ohmios (ohmios) y C es la capacitancia medida en faradios (F).

Cuando la fuente de alimentación se conecta al condensador, hay un aumento en el flujo de carga eléctrica llamado carga. Cuando se retira la alimentación del condensador, comienza la fase de descarga y se produce una reducción constante de la tensión entre las dos placas hasta llegar a cero. La corriente continua (CC) es un flujo unidireccional de carga eléctrica. Cuando la CC ingresa al circuito, el capacitor se carga y almacena energía, impidiendo que siga fluyendo. La corriente alterna (CA), por otro lado, cambia de dirección para que el capacitor no pueda acumular una carga completa antes de descargarse. La ecuación para la carga eléctrica almacenada en un capacitor es Q=CV, donde Q es la carga eléctrica medida en culombio (C), C es el valor de capacitancia medido en faradios (F) y V es el voltaje aplicado medido en voltios (V ). La ecuación para la descarga del capacitor, Vc=Vs xe -t/RC, es función del tiempo durante el período de descarga. La energía de un condensador cargado puede provocar quemaduras, descargas eléctricas, incendios y la muerte. Por seguridad, siempre se deben usar guantes y gafas aislantes al descargar un condensador.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador