De alguna manera, un capacitador es como una pequeña batería. Aunque trabajan de maneras totalmente diferentes, los capacitadores y las baterías pueden almacenar energía eléctrica. Como ya sabrás si has leído la sección dedicada a las baterías, dichos elementos tienen dos terminales. Dentro de las baterías, unas reacciones químicas producen electrones en un terminal, y en el otro terminal los electrones son absorbidos. Un capacitador es mucho más sencillo que una batería, ya que no puede producir nuevos electrones – solo los almacena.
Dentro del capacitador, los terminales se conectar a dos pletinas metálicas separadas por una sustancia no conductora, o dieléctrica. Puedes hacer fácilmente un capacitador con dos láminas de aluminio y un trozo de papel. No será particularmente un buen capacitador en términos de capacidad de almacenamiento, pero funcionará. En teoría, el dieléctrico puede ser cualquier sustancia no conductora, para aplicaciones prácticas, algunos materiales específicos son usados para coincidir la función del capacitador. Por ejemplo, la cerámica, la celulosa, la porcelana, la mica, el teflón o incluso el aire son algunos materiales usados.
Los dieléctricos dictan la clase de capacitador que es y para que se puede utilizar. Dependiendo del tamaño y el tipo de dieléctrico, algunos capacitador son mejores para usar como altas frecuencias, mientras que otros son ideales para aplicaciones de alto voltaje. Los capacitadores pueden ser fabricados para servir cualquier propósito, desde un minúsculo capacitador de plástico en una calculadora, hasta un súper capacitador para activar circuitos en naves de la NASA.
Algunos tipos de capacitador que nos podemos encontrar, son los siguientes:
- De aire – Muy usados en circuitos de sintonía en radios.
- De mylar – Mas comúnmente usados en circuitos de tiempo como relojes, alarmas y contadores.
- De vidrio – son buenos para voltajes altos.
- De cerámica – Se usan para elementos de alta frecuencia como pueden ser antenas, rayos X, etc.
- Súper capacitadores – Estos dispositivos alimentan coches eléctricos e híbridos.
El circuito de un capacitador
En un circuito electrónico, veremos capacitador mostrado como dos líneas paralelas, y cuando lo conectamos a una batería, lo veremos mostrado de esta manera:
El terminal en el capacitador que se conecta al terminal negativo de la batería, acepta los electrones que la batería está produciendo. El terminal del capacitador que conecta con el terminal positivo de la batería, pierde los electrones. Una vez que está cargado, el capacitador tiene el mismo voltaje que la batería, es decir, 1,5 voltios en la batería significan 1,5 voltios en el capacitador. Para un capacitador pequeño, la capacidad es menor, pero en los grandes pueden mantener cargas muy altas. Podemos encontrar capacitadores tan grandes como latas de refrescos, que pueden iluminar una bombilla por más de un minuto.
Incluso la naturaleza nos muestra la esta funcionalidad en forma de relámpagos. Un terminal es la nube, e otro terminal es el suelo, y el relámpago es la carga que se libera entre ambos terminales.
En la imagen anterior, imagina que ponemos una lámpara entre el capacitador y el terminal negativo de la batería. Si el capacitador es grande, lo que notarás es que cuando conectes la batería, la bombilla se iluminará según la corriente fluya de la batería al capacitador para que se cargue. La bombilla se irá se irá apagando progresivamente y finalmente se apagará una vez que el capacitador llegue a su máxima capacidad. Si entonces quitas la batería y la reemplazas con un cable, la corriente fluirá de un terminal del capacitador al otro. La bombilla inicialmente se encenderá y se irá apagando según se descargue el capacitador.
¿Qué es un capacitador, en qué se calcula y como se aplica?
El potencial de almacenamiento de un capacitador, o capacitancia, se mide en unas unidades llamadas faradios. Un capacitador de un faradio puede almacenar un culombio de carga a 1 voltio. Un culombio son 6,25 billones de billones de electrones. Un amperio representa un promedio de flujo de electrones, de un 1 culombio de electrones por segundo, por lo que la capacidad de 1 faradio puede mantener 1 amperio por segundo de electrones a 1 voltio.
Un capacitador de 1 faradio puede ser bastante grande. Puede ser tan grande como una lata de atún o una botella de agua mineral, dependiendo del voltaje que pueda manejar. Por esta razón, los capacitadores normalmente se miden en microfaradios. Para darnos una perspectiva de lo grande que es un faradio, piensa en lo siguiente:
- Una batería estándar alcalina de doble A mantiene unos 2,8 amperios a la hora.
- Esto significa que una batería AA pueden producir el este amperaje por una hora a 1,5 voltios. Esto sería unos 4,2 vatios por hora – una batería AA puede encender una bombilla de 4 vatios para algo menos de una hora.
- Pongamos de ejemplo 1 voltio. Para almacenar la energía de una batería AA en un capacitador, necesitaríamos unos 10,080 faradios para almacenarlo, ya que un amperio por hora son 3600 amperios por segundo.
Si para albergar un faradio necesitamos algo con el tamaño de una lata de atún, entonces 10,80 faradios necesitarán mucho más espacio que una simple batería pequeña. Obviamente, es impracticable usar capacitadores para almacenar una cantidad de energía significativa a no ser que lo hagas con un alto voltaje.
Aplicaciones con capacitadores
Como se ha explicado en el apartador anterior, la diferencia entre un capacitador y una batería es que un capacitador puede lanzar toda su carga en una fracción de segundo, cuando una batería necesitará algunos minutos en descargarse completamente. Este es el motivo por el que un flash electrónico en una cámara usa un capacitador – La batería carga el capacitador del flash durante unos segundos, y entonces este libera toda la carga en el tubo del flash casi al instante. Esto puede hacer que un capacitador grande y cargado, pueda ser muy peligroso – unidades de flash y algunas televisiones, tiene avisos previniendo sobre su apertura por manos inexpertas. Muchos elementos electrónicos contienen capacitadores de diversos tamaños que se pueden descargar en alguien que los está manipulando.
Los capacitadores se utilizan de muchas maneras diferentes en circuitos electrónicos:
- Algunas veces son usados para almacenar cargas para usos de alta velocidad. Eso es lo que un flash hace. Los grandes láseres usan esta técnica.
- Los capacitadores también pueden eliminar ondas. Si una línea que está transportando voltaje de corriente continua tiene ondas o picos, un capacitador puede filtrar el voltaje absorbiendo los picos y rellenando los huecos que quedan.
- Un capacitador puede bloquear el voltaje continuo. Si enganchas uno de estos dispositivos a una batería, entonces no habrá flujos entre los polos de la batería una vez que esta esté cargada. Sin embargo, cualquier corriente alterna fluirá sin problemas. Esto es por lo que un capacitador cargará y descargará según las corrientes alternativas vayan fluyendo, haciéndolo parecer que los flujos alternos se transfieren.
Historia del capacitador
La invención de este elemento electrónico depende de a quién se lo preguntes. Hay pruebas que indican que un científico alemán llamado Ewald Georg von Kleist inventó el capacitador en Noviembre de 1745. Algunos meses después Pieter van Musschenbroek. De la universidad de Leyden, creo un dispositivo muy similar en forma de jarra, que frecuentemente es referida como el primer capacitador. El problema parece ser que Kleist no dejo anotaciones ni nada que pudiera hacer ver que fue el primero, y por ello frecuentemente es olvidado como un contribuidor de los capacitadores. Hoy en día, se reconoce a ambos lo que hicieron por inventar este útil elemento de la electrónica.
