Universidad Tecnológica de PanamáFacultad de Ingeniería Civil

Ingeniería Civil

Mitre, Gisselle 8-889-2256Ortiz, Rufino 8-884-2480Young, Karen 8-879-2059

Grupo: 1IC.123

Tema“La Capacitancia”

¿Cómo Se Mide?

• La propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica.

• Una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada.

¿Qué Es Capacitancia?

Como ya se mencionó, la capacitancia es la medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada. Esta energía eléctrica, la mayoría de las veces, se almacena en un dispositivo denominado condensador. Una vez almacenada la energía, se mide la relación entre la diferencia de potencial, o tensión, existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, usando la fórmula:

En esta fórmula:

• C: Es la capacitancia

• Q: Es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios.

• V: Es la diferencia de potencial, o tensión, medida en voltios.

También se puede medir mediante la siguiente ecuación diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo la ecuación anterior.

• i: Es la corriente eléctrica, medida en amperios.

Características De Medición De La Capacitancia

• La capacitancia se mide en faradios.

• Esta unidad fue establecida en honor al físico experimental Michael Faraday.

• Esta unidad es relativamente grande por lo que suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio.

• La capacitancia siempre es una unidad positiva.

• La capacitancia depende de:

• La geometría del condensador considerado. Puede variar si el condensador es de placas paralelas, cilíndrico, o esférico.

• El dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.

Energía Y Capacitancia

La energía almacenada en un capacitor, medida en julios, es igual al trabajo realizado para cargarlo. Por ejemplo, si hay un capacitor con una capacidad C, con una carga +q en una placa y -q en la otra, para mover una pequeña cantidad de carga desde una placa hacia la otra en sentido contrario a la diferencia de potencial se debe realizar un trabajo dW:

• W: Es el trabajo realizado.

• q: Es la carga, medida en culombios.

• C: Es la capacitancia, medida en faradios.

Parte de este trabajo realizado queda almacenado en forma de energía potencial electrostática, y para calcular esta energía potencial se puede integrar esta ecuación, para que quede así:

Combinando esta expresión con la ecuación de arriba para la capacidad, obtenemos:

• W: Es la energía, medida en julios.

• C: Es la capacitancia, medida en faradios.

• V: Es la diferencia de potencial, medida en voltios.

• q: Es la carga almacenada, medida en culombios.

Equivalencias De La Capacitancia

Nombre Completo Símbolo Equivale A

1 Abfaradio 1 abF 1000000000 F

1 ((A^2)*s4)/(kg*m^2) 1 ((A^2)*s4)/(kg*m^2) 1 F

1 Amper-segundo/Volt 1 (A*s)/V 1 F

1 Coulomb/Volt 1 C/V 1 F

1 EMU de capacitancia 1 EMU de capacitancia 1000000000 F

1 ESU de capacitancia 1 ESU de capacitancia 1.11265e-12 F

1 Gigafaradio 1 GF 1000000000 F

1 Hectofaradio 1 hf 100 F

1 Kilofaradio 1 kf 1000 F

1 Megafaradio 1 MF 1000000 F

1 Milifaradio 1 mf 0.001 F

1 Picofaradio 1 pf 1e-12 F

1 Statfaradio 1 statF 1.11265e-12 F

1 Microfaradio 1 uF 0.000001 F

Tipos de CapacitoresCapacitores Fijos

Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien titanatos o zirconatos de calcio, bario estroncio o magnesio

Capacitor Cerámico de disco

Capacitor Cerámico

• Algunos permiten una Alta Permitividad y se alcanza altos valores de capacitancia en tamaños pequeños.

• Dan un rango amplísimo de constantes dieléctricas debido a la variedad de compuestos que posee.

• El valor de su alta constante dieléctrica depende mucho de la temperatura y a las variaciones de la diferencia de potencial.

• Su constante dieléctrica puede llegar a un valor de 50000 veces superior a la del vacío.

Capacitores de Cerámica

Capacitor ElectrolíticoEn estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos son polarizados.

Electrolítico Axial Electrolítico Radial

• Deben su nombre a que el material dieléctrico que contienen es un ácido llamado electrolito.

• Con su tamaño reducido consiguen capacidades muy grandes, debido a la finísima capa dieléctrica.

Según la disposición de las patillas, existe la configuración axial y la radial. 

• Tiene una duración limitada y su capacitancia varía ligeramente con la tensión.

• Hay de dos Tipos: Electrolíticos de Aluminio y Electrolíticos de Tantalio.

• Se usan en circuitos de baja frecuencia, uso general y corriente continua.

• Operan a frecuencias muy altas y tienen gran estabilidad en relación a la temperatura.

• Su capacidad se limita hasta los aproximadamente.

• Tienen una rigidez dieléctrica alta, ancho rango de frecuencia y muy bajas pérdidas.

• Se encuentran en distintos tamaños.

Capacitores de MicaCapacitores que consisten de hojas de mica y aluminio colocados de manera alternada y protegidos por un plástico moldeado.

• Es muy caro, y al ser un material rígido, sólo se pueden construir condensadores en forma de láminas apiladas (stacked-film).

Capacitores de PlásticoSegún el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo K y tipo MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el segundo).

• Funcionan a Altas temperaturas.

• Poseen altas resistencias de aislamiento.

KS Styroflex KP

Polipropileno(MKP)

Poliéster(MKT)

Poliestireno

Policarbonato(MKC)

Poliestireno, MKT, MKP, MKC son de tipo MK, por lo tanto sus armaduras

son de metal vaporizado.KS y KP son

de tipo K, por lo tanto sus armaduras

son de metal

Capacitores de doble capa eléctricaTambién se conocen como supercapacitores o CAEV debido a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen• Altos valores capacitivos para reducidos tamaños.

• Corrientes de fuga muy baja.

• Alta resistencia en serie

• Pequeños valores de tensión.

Se diferencian de los capacitores convencionales, en que no usan dieléctrico por lo

que son muy delgados.

Capacitores Variables y AjustablesEl condensador ajustable es aquel que nosotros podemos variar su valor ya sea por una perilla, en cambio los condensadores variables están hechos de un material semiconductor por lo tanto pueden variar su valor electrónicamente sin necesidad de la intervención del diseñador.

Capacitor AjustableTrimmer

Capacitor VariableTandem

Ambos poseen dieléctricos de aire

• Poseen una capacidad que podemos variar entre ciertos límites

• Podemos distinguir entre capacitores variables mediante un código de colores, cuya lectura varía según el tipo de capacitor.

Aplicación de los Capacitores Los capacitores se emplean en un sin número de aplicaciones dentro del campo de la Electricidad y la Electrónica, siendo probablemente luego de las resistencias uno de los componentes más empleados. Se utilizan en circuitos temporizadores, filtros en circuitos de radio y TV, fuentes de alimentación, arranque de motores entre otras. Como lo son:

1. Los capacitores utilizados en los mandos de sintonización de un aparato de radio tradicional.

2. El teclado de un ordenador actúa sobre un condensador variable, lo que nos permite actuar sobre la pantalla del mismo.

Capacitores en teclados 

3. Los condensadores también son particularmente útiles para dirigir el movimiento de haces de

partículas cargadas. Si se trata de condensadores planos producen un campo eléctrico uniforme, con el que se pueden desviar las partículas al aplicarles una fuerza eléctrica proporcional a dicho campo. 

Capacitores planos

Aplicaciones del Proceso de

Descarga del CapacitorAparato que se utiliza para reanimar enfermos en situaciones de emergencia.

-Usa un condensador que puede almacenar 360J y entregar esta energía al paciente en 2ms. 

-Permitiendo el tratamiento de pacientes con fibrilación cardiaca

Flash de las cámaras fotográficas

-Poseen un condensador que almacena la energía necesaria para proporcionar un destello súbito de luz.

Cómo funcionaEl voltaje se acumula en el capacitor hasta que tiene suficiente luz como para la lámpara de xenón. Cuando la cámara hace el flash, envía la electricidad del capacitor a la lámpara.

Su función es mejorar las condiciones de exposición a la hora de tomar fotografías

El desfibrilador

Tarjetas de una computadora

-Suministran la energía que se les da a los componentes que le son conectados.

Smoothing (filtrado-suavizado) por ejemplo en una fuente de alimentación.

Coupling (acoplamiento) por ejemplo entre etapas de sistemas de

audio y para conectar un altavoz.

Filtering (filtros) por ejemplo en el control de tonos de un sistema de

audio.

Capacitores para:

Aplicaciones de los SupercapacitoresAutomóviles híbridos

Aplicaciones de Energía Solar Es necesario estabilizar la tensión suministrado por las

fotoceldas, por lo que se utilizan supercondensadores de 2400 F dispuestos en paralelo para estabilizar el suministro de energía eléctrica.

Estos dispositivos son un elemento prometedor para el desarrollo de medios de transporte que combinen la energía solar con la proveniente de combustibles fósiles.

Su aprovechamiento se debe fundamentalmente a que permiten una mejor descarga de energía durante la aceleración del vehículo

Actualmente se estudia la manera de controlar la tensión a través de un banco de

supercondensadores que permite disminuir los picos de tensión y proveer una corriente constante de 1.37 A por 45 segundos cada

hora.

Circuitos de Audio

• Los capacitores usados en los filtros de audio te permiten controlar la respuesta de los bajos, los rangos medios y el sobreagudo. 

Suministros de energía

Casi todos los dispositivos electrónicos tienen un suministro de energía que convierten corriente alterna presente en las salidas de tu hogar en corriente continua, también llamada directa

Bloquean la corriente continua de las entradas de los amplificadores.

A su vez previenen un repentino ruido sordo o estampido que podría dañar los parlantes y sus oídos.

Los Instrumentos musicales como los órganos usan Capacitores de Mylar o poliestireno para crear

tonos musicales

Los capacitores juegan un papel importante en la conversión de CA a CC, removiendo el ruido eléctrico de la corriente.

Sistemas de Transferencia de EnergíaSe utilizan para

Almacenamiento de Energía Los usos más extendidos de supercondensadores es su

uso en

Apoyo energéticoMuchos proyectos en ingeniería, como el diseño de elevadores, requieren de ciclos donde en una etapa se requiera una baja descarga de energía y otros de una alta descarga. Esta demanda requiere de sistemas que permitan:

El aislamiento de los sistemas UPS para el funcionamiento de sistemas eléctricos.

Hacer más eficiente la carga de energía eléctrica

Facilitar la transferencia de energía

Su uso permite mantener el funcionamiento de los dispositivos durante horas e incluso días.

Memorias de computadoras Relojes

Cámaras de alta precisión

Sistemas Microelectrónicos

Una regulación precisa de la energía suministradaUna alta capacidad de almacenamiento de energía

De esta manera los súper condensadores suministran la energía necesaria para subir el elevador sin necesidad de sobrecargar la red eléctrica.

감사합니다