Sistemas y Circuitos Eléctricos 1 GSE Juan Carlos García Cazcarra

Transcripción

1 Unidad Didáctica 2: Condensadores y Resistencias. 1.- Condensadores Es un aparato constituido por dos conductores llamados armaduras, separados por un aislante (dieléctrico) que se cargan con igual cantidad de electricidad pero de signo opuesto. 2.- Capacidad de un condensador (C) Es la medida utilizada para conocer cuanta cantidad de electricidad puede almacenar. Es la relación entre la carga de una cualquiera de sus armaduras y la tensión existente en ella. C = Q/V La capacidad depende de la geometría del condensador y del tipo de dieléctrico. La unidad de capacidad (C) es el Faradio (F) aunque al ser una unidad muy grande se usan sus submúltiplos: microfaradio (10-6 )(μf), nanofaradio (10-9 )(nf) y picofaradio (10-12 )(pf). Respecto a su geometría la capacidad en un condensador se calcula por la fórmula. C= ɛ A/d Donde C =Capacidad (F), S = Superficie (m2) d= distancia entre armaduras (m) y ɛ (epsilon)=constante dieléctrica del aislante o permitividad. En el vacío o aire la permitividad es ɛ 0 = permitividad de vacío; ɛ 0 = 8.85x10-12 F/m La constante dieléctrica de un aislante distinto del aire se calcula: ɛ = ɛ 0 x ɛ r 3.- Rigidez dieléctrica de un aislante Es la mínima tensión a la que un aislante se perfora, por unidad de longitud. Suele medirse en KV/cm. 4.- Acoplamiento de condensadores en serie a) todos los condensadores adquieren igual carga. b) la tensión total del acoplamiento es igual a la suma de las tensiones de cada condensador. c) la capacidad total del acoplamiento se calcula: 1/C T = 1/C 1 + 1/C /C n 1

2 5.- Acoplamiento de condensadores en paralelo. a) todos los condensadores adquieren igual carga. b) la tensión total del acoplamiento es igual a la suma de las tensiones de cada condensador. c) la capacidad total del acoplamiento se calcula: C T = C 1 +C 2 +C 3 +C n Trabajo tipos de condensadores según dieléctrico. Fotografías. Características. Usos. 1.- Condensadores de papel impregnado 2.- Condensadores de papel metalizado 3.- Condensadores de plástico 4.- Condensadores cerámicos 5.- Condensadores de mica 6.- Condensadores electrolíticos 6.- Características de los condensadores Capacidad nominal: Valor en faradios. Puede cambiar con la frecuencia y la temperatura ambiente por lo que los fabricantes dan este valor junto a estos otros parámetros. Tensión de perforación del dieléctrico o tensión de pico (V p ): Valor de la tensión que es capaz de soportar en sus extremos un condensador sin que se perfore el dieléctrico. La tensión de perforación se define como la máxima tensión que es capaz de soportar el condensador sin que se destruya el dieléctrico. Tensión de trabajo o nominal (Vn): Tensión a la que puede funcionar un condensador de forma permanente sin sufrir daños. Es la que se encuentra indicada en el condensador. Esta tensión tiene incidencia en las dimensiones geométricas del condensador. A mayor tensión mayor tamaño. Coeficiente de temperatura (Tc): La capacidad de un condensador puede variar con la temperatura. Este coeficiente puede ser positivo o negativo, aunque normalmente es negativo. Tolerancia (%): Valores en % entre los que se encuentra la capacidad. Valores comunes son 5, 10 y 20%. 7.- Identificación de los valores de los condensadores. ( Se facilitarán fotocopias.) 8.- Proceso de carga y descarga de un condensador Carga de un condensador: Suponemos un condensador de capacidad C con carga inicial V 0 que se somete a una tensión V a través de una resistencia R. 2

3 Por la ley de Ohm obtenemos la tensión en la resistencia y en el condensador Si suponemos el condensador inicialmente descargado: V 0 = 0. Al cabo de un tiempo en segundos igual al producto R C el condensador está cargado en un 63,2% y después de 5 veces este tiempo lo está al 99,3%. 3

4 Después de ese periodo se suele considerar que el condensador está cargado (tardaría un tiempo infinito en llegar a la tensión de la fuente) y por ello se le llama tiempo de carga, mientras que al valor R C se le llama constante de tiempo. Constante de tiempo: T = R C Tiempo de carga: tc = 5 T = 5 R C Descarga de un condensador: Suponemos que el condensador está inicialmente cargado a la tensión V0 y se descarga sobre la resistencia R. De donde se obtiene la ecuación solución para la intensidad (nótese el signo negativo debido a que el sentido de la intensidad en la descarga es contrario al de carga). Aplicando la ley de Ohm obtenemos la tensión en la resistencia y el condensador Al cabo de un tiempo en segundos igual al producto R C el condensador se ha descargado en un 63,2% y después de 5 veces este tiempo lo está al 99,3% quedando una tensión residual del 0,7%. Después de ese periodo se suele considerar que el condensador está totalmente descargado (tardaría un tiempo infinito en llegar una tensión nula) y por ello se le llama tiempo de carga, mientras que al valor R C se le llama constante de tiempo. 4

5 Constante de tiempo: T = R C Tiempo de carga: td = 5 T = 5 R C Conclusiones Los tiempos de carga y descarga dependen sólo de los valores de resistencia y capacidad y no de las tensiones o corrientes establecidas. El condensador no se puede descargar instantáneamente, su "inercia eléctrica" se opone a los cambios bruscos de tensión, variando exponencialmente. En régimen permanente, transcurrido tiempo suficiente, los condensadores se comportan como circuitos abiertos en corriente continua, no dejando circular intensidad mas que en el periodo transitorio de carga. 9.- Energía almacenada en un condensador. Un condensador es capaz de almacenar energía electroestática. La absorción o cesión de energía en el proceso de carga o descarga de un condensador es: W = 1/2 C V Resistencias. Tolerancia. La maginitud que define a una resistencia es el valor ohmico. En el proceso de fabricación, cuanto más preciso sea este valor más se encarece pro lo que los fabricantes ofrecen diferentes tipos de resistencias con valores ohmicos y tolerancias diferentes según qué utilidad se le vaya a dar. Ejemplo. Una resistencia de 100 Ω ± 5% tendría valores comprendidos entre 95 y 105 Ω. 5

6 11.- Resistencias. Código de colores Resistencias. Potencia de disipación. Cuanto mayor sea el tamaño de una resistencia mejor podrá evacuar el calor generado por efecto Joule. Las resistencias aumentan el tamaño de acuerdo con la potencia a disipar. En el mercado existen resistencias que van desde 1/8 W a 100 W y más. Trabajo tipos de resistencias. Fotografías. Características. Usos. 1.- Resistencias Fijas Aglomeradas Película de carbón Película metálica Resistencias bobinadas 6

7 2.- Resistencias variables 3.- Resistencias dependientes De temperatura (NTC - PTC) De laluz (LDR) De la tensión (VDR) Magnetorresistores y bandas extensiométricas (MDR) 7