lunes, 9 de junio de 2008

Tipos y Clases de los Capacitores







Capacitor es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente.









Tambien llamados filtros, condensadores... en fin son "populares"



CLASES DE CAPACITORES:
Hay muchas clases de capacitores pero los más usados son:
1. En primer lugar, tenemos a los capacitores electrolíticos convencionales, que utilizan placas de aluminio y un óxido de electrolito como material dieléctrico. En la fabricación de un capacitor de esta clase, este óxido se forma a partir de la circulación de una corriente eléctrica sobre un ácido electrolítico interno del capacitor, lo cual genera una pequeña capa de óxido sobre el aluminio.








2. Existe otro tipo de capacitores que no usa un ácido electrolítico, sino un polímero orgánico de estado sólido. A estos capacitores, que son más caros pero de mejores prestaciones, se los denomina comúnmente capacitores de estado sólido.

CARACTERÍSTICAS:
En ambos casos se usa, generalmente, una geometría cilíndrica.
Los de estado sólido tienen un revestimiento más robusto y usualmente son más pequeños.

VENTAJAS:
Los capacitores de estado sólido tienen varias ventajas con respecto a los electrolíticos. Una de ellas es la vida útil, que como vemos en la tabla es significativamente superior, sobre todo a temperaturas de entre 65° C y 85° C (que es el rango de temperatura típico en un gabinete no muy bien ventilado).


Esta vida útil tiene mucho que ver con la resistencia del capacitor a la temperatura. Justamente, esta propiedad hace que los capacitores sólidos sean más estables que los electrolíticos en cuanto a su capacitancia: a 105° C, un capacitor sólido varía su valor en menos de un 5%; un electrolítico lo hace en un 10%. Yendo al otro extremo, a -55° C, un sólido varía apenas un 3%, mientras que un electrolítico lo hace en un 37%.
Por último, vale destacar otro parámetro muy superior en un capacitor de estado sólido, que es la resistencia equivalente serie (ESR). En un capacitor, que idealmente no debe disipar energía, la resistencia no es algo deseado, por lo que se busca que sea lo menor posible con el fin de que el capacitor no consuma energía ni genere calor.
Los capacitores de estado sólido tienen una ESR entre 10 y 100% más pequeña que la de los electrolíticos en el rango de frecuencias de 10 kHz hasta 100 kHz.
En definitiva, vemos que los capacitores de estado sólido son muy superiores a los electrolíticos. Sin embargo, son más caros y no siempre son necesarios.

TIPOS DE CAPACITORES:
Existen diversos tipos de capacitores, los cuales posee propiedades y características físicas diferentes, entre los cuales se encuentran:


1. Capacitores eléctricos de aluminio:



Son populares debido a su bajo costo y gran capacitancia por unidad de volumen Existen en el mercado unidades polarizadas y no polarizadas. Son del tipo de hojas metálicas, con un electrolito que puede ser acuoso, en pasta o "seco" (sin agua).
La capacitancia está estrechamente relacionada con la temperatura y puede decrecer en un orden de magnitud desde la temperatura ambiente hasta -55° C. Esta variación se reduce en capacitores de primera calidad y en productos recientes con formulaciones electrolíticas más complicadas.
No están diseñados para aplicaciones a frecuencias elevadas, y la impedancia puede alcanzar un valor mínimo a frecuencias tan bajas como 10 kHz.
La corriente de fuga disminuye durante la operación. En el uso normal, la corriente de fuga aumenta con el voltaje aplicado y con la temperatura. Como guía muy general, la corriente se duplica a medida que el voltaje aplicado se incrementa del 50 al 100% del valor nominal, y se duplica por cada 25° C de aumento en la temperatura.
Presentan un decremento gradual en capacitancia sobre un largo periodo, debido a la pérdida de electrolito a través de los sellos, aunque con los tipos recientes de empaque se ha reducido de manera significativa este deterioro, y los capacitores presentan en la actualidad un decremento del 10%, o menor, al cabo de 10 000 horas.
Otro problema que debe observarse implica el empleo de ciertos agentes limpiadores en los tableros de circuitos impresos. El cloro de los solventes de hidrocarburos halogenados, como el freón, puede penetrar por los sellos y atacar la estructura interna del aluminio, provocando la falla en poco tiempo.
Para la limpieza se recomienda xileno, alcoholes y ciertos tipos de detergentes exentos de cloro.

2. Capacitores eléctricos de tantalio:







Son más flexibles y confiables, y presentan mejores características que los electrolíticos de aluminio, pero también su costo es mucho más elevado.
Existen tres tipos:


Capacitores de hojas metálicas (láminas):
Se elaboran del mismo modo que los electrolíticos de aluminio
Los alambres conductores de tantalio se sueldan por puntos tanto a la lámina del ánodo como a la del cátodo, las cuales se arrollan después con separadores de papel en un rollo compacto. Este rollo se inserta dentro de una envoltura metálica y, a fin de mejorar el rendimiento, se agrega un electrolito idóneo, como etilenglicol o dimetilformamida con nitruro de amonio, pentaborato de amonio o polifosfatos.


Capacitores de hojas de tantalio:
Existen en el mercado en tamaños que varían de 0.12 hasta 3 500 mF, a voltajes hasta de 450 V
La mayor parte de las aplicaciones para este tipo de capacitor se encuentran en los intervalos de voltaje superiores, en los que no es posible aplicar los condensadores de tantalio húmedo, y cuando se requieren calidades superiores a las de los electrolíticos de aluminio, a pesar del mayor costo.
Las desventajas, en comparación con otros tipos de capacitores de tantalio, son: gran tamaño, elevadas corrientes de fuga y gran variación en la capacitancia con la temperatura.
La principal aplicación de estos condensadores se encuentra en filtros de fuentes de alimentación.
Capacitores de tantalio sólido:
Parecido a la versión húmeda, en cuanto a sus etapas iniciales de manufactura.
No hay líquido que se evapore, y el electrolito sólido es estable.
La variación de la capacitancia es muy pequeña: ±10% respecto de su valor a temperatura ambiente en todo el intervalo de temperatura desde -55 hasta 125° C.
Por desgracia, ni el electrolito ni el dieléctrico presentan las cualidades de autorreparación asociadas con otros capacitores electrolíticos.
Para proteger los condensadores de fallas tempranas debidas a defectos del óxido y del electrolito se recomienda su envejecimiento conectado durante 100 h a voltaje nominal y temperatura máxima, empleando una fuente de energía de baja impedancia. Además, se recomienda que el voltaje de operación no exceda el 60% del voltaje nominal.



3. Capacitores eléctricos de Cerámica:





Bajo costo, reducido tamaño, amplio intervalo de valor de capacitancia y aplicabilidad general en la electrónica.
Son particularmente idóneos para aplicaciones de filtrado, derivación y acoplamiento de circuitos híbridos integrados, en las que es posible tolerar considerables cambios en la capacitancia.
Se elaboran en forma de disco, como capacitores de capas múltiples o monolíticos, o en forma tubular.
El material dieléctrico es principalmente titanato de bario, titanato de calcio o dióxido de titanio con pequeñas cantidades de otros aditivos para obtener las características deseadas.


4. Capacitores eléctricos de papel o plástico:

El papel, el plástico y las combinaciones de ambos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, como filtrado, acoplamiento, derivación, cronometraje y suspensión de ruido
Son capaces de funcionar a altas temperaturas, poseen alta resistencia de aislamiento, buena estabilidad.
La propiedad de autorreparación de las películas metálicas es bastante útil en ciertas aplicaciones.
La disponibilidad de películas extremadamente delgadas y la gran variedad de materiales proporciona la flexibilidad necesaria para un gran intervalo de aplicaciones.
La capacitancia varía con la temperatura de un dieléctrico a otro.
Los capacitores de papel y plástico pueden emplearse a altas frecuencias, según el tamaño y la longitud de las puntas.

5. Capacitores de mica y vidrio:

Los capacitores con dieléctrico de mica y vidrio se aplican cuando se requiere carga eléctrica alta y excelente estabilidad con respecto a la temperatura y frecuencia.
Los capacitores de mica existen en el mercado con una gran diversidad de tamaños.
Tanto los capacitores de mica como los de vidrio son estables con respecto a la temperatura. Para algunos valores de capacitancia es posible que el coeficiente de temperatura sea cero.
Ambos tipos de capacitores pueden operar a alta frecuencia. La frecuencia de autorresonancia es de unos 10 MHz para grandes valores del capacitor y mayor de 100 MHz para valores más pequeños.

LAS FALLAS EN LOS CAPACITORES:


En la electrónica, el índice de fallas muchas veces es del tipo aleatorio, es decir, no siempre hay una razón en particular por la que un dispositivo falla. Los capacitores electrolíticos son un buen ejemplo de ello, ya que en una gran cantidad de casos “explotan” sin más razón aparente que el desgaste propio del elemento.
Una explicación más técnica de la falla en un capacitor electrolítico es la deformidad de algún punto en las placas, lo cual provoca una disminución en la tensión del capacitor. En estas condiciones, existe una corriente de fuga que hace que el capacitor eleve mucho su temperatura y se evapore el ácido electrolito. Cuando ocurre ésto, una fuerte presión se genera sobre el sellado del capacitor; si éste no es muy bueno (como en la mayoría de los casos), se “abre”, y el ácido sale hacia la superficie, resultando uno de los famosos capacitores hinchados.
Esta expansión del ácido tiene muy malas consecuencias para el capacitor, ya que produce que se seque el óxido y deje de actuar como dieléctrico, haciendo que la capacitancia se reduzca notablemente.

fin

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