República Bolivariana de Venezuela

Universidad “Fermín Toro”

Vice Rectorado Académico

Facultad de Ingeniería

APLICACIONES DE LOS CONDENSADORES

EN LA INGENIERÍA

David Singer

C.I 21.048.686

Jorge Domínguez

C.I.:18.442.740

Judith Montilla

C.I.: 18.263.657

Marzo 2016

INTRODUCCIÓN

Un condensador o capacitor es un dispositivo utilizado en electricidad y electrónica, capaz

de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Aunque desde el punto de vista físico un

condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente;

al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como capaz de almacenar la energía

eléctrica que recibe durante la carga, a la vez que la cede de igual forma durante la descarga.

Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor

como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de

condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia.

Los condensadores electroquímicos de doble capa, también conocidos como

supercondensadores, supercapacitores, pseudocapacitores, ultracondensadores, ultracapacitores o

simplemente EDLC por sus siglas en inglés, son dispositivos electroquímicos capaces de sustentar

una densidad de energía inusualmente alta en comparación con los condensadores normales,

presentando una capacitancia miles de veces mayor que la de los electrolíticos de alta capacidad.

Aplicaciones de los Condensadores en la Ingeniería

Automóviles híbridos:

Por la eficiencia en el uso de la energía 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. Un desarrollo importante es el uso de

supercondensadores para el desarrollo de la unidad de apoyo auxiliar (APU por sus siglas en inglés).

Apoyo energético:

Muchos 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 (como cuando el elevador

desciende y asciende). Esta demanda requiere de sistemas que permitan una regulación precisa de

la energía suministrada y una alta capacidad de almacenamiento de energía. De esta manera los

supercondensadores suministran la energía necesaria para subir el elevador sin necesidad de

sobrecargar la red eléctrica.

Aplicaciones de energía solar:

En 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. Desde las fotoceldas generalmente se traslada la diferencia de

potencial a una válvula de regulación de descarga ácida. 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, gracias al

almacenamiento de energía en el condensador y su liberación estable en un circuito equivalente

RLC.

Almacenamiento de energía:

Uno de los usos más extendidos de supercondensadores es su uso en sistemas microelectrónicos,

memorias de computadoras y relojes y cámaras de alta precisión. Su uso permite mantener el

funcionamiento de los dispositivos durante horas e incluso días. En laboratorios científicos donde se

necesita una enorme cantidad de energía en unos instantes para hacer usada en aceleradores de

partículas o equipos semejantes, la energía de la compañía eléctrica no es suficiente para ello. En

estos casos se utilizan bancos de capacitores, donde se almacena la energía en una gran cantidad de

capacitores para ser utilizada en el instante requerido.

Banco de Capacitores en

Laboratorios FermiLab, Estados

Unidos

Sistemas de transferencia de energía:

Una aplicación estudiada ampliamente en la actualidad es el uso de supercondensadores en sistemas

UPS unido a sistemas de transferencia de energía acoplados por inducción (ICPT). Se utilizan para

facilitar la transferencia de energía, hacer más eficiente la carga de energía eléctrica, permitiendo el

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

Sistemas de transferencia de potencia:

En el área de energía las propiedades de los supercondensadores son de gran importancia para la

transferencia de energía. Los sistemas STATCOM (Compensadores Estáticos) son dispositivos de

la familia de los sistemas de transmisión de corriente flexible alternante (FACTS), y se utiliza para el

control de los picos de tensión en sistemas eléctricos. Cuando se conectan con sistemas de

transferencia de potencia a elementos STATCOM, se produce una gran inductancia que produce un

incremento en la corriente y picos de tensión, por lo que es necesario tener condensadores de gran

capacitancia para compensar este fenómeno. Su uso permite mantener una corriente constante y

menores picos de tensión para facilitar la transmisión de la energía eléctrica.

Motores Eléctricos Monofásicos:

Los capacitores denominados “capacitores de arranque” se utilizan para mejorar el arranque de los

motores monofásicos. Estos motores sólo cuentan con una fase y un devanado principal, de modo

que no es posible hacer girar al rotor por medio de la inducción electromagnética. Para esto es

necesario un devanado auxiliar, el cual provoca un desfasamiento eléctrico y físico que permite

impulsar al rotor. El capacitor de arranque hace este desfasamiento aun mayor mejorando

notablemente el par.

El capacitor de marcha es usado en los motores para mejorar su eficiencia, disminuir la corriente de

operación, disminuir el ruido y mejorar el factor de potencia. Es importante resaltar que no se debe

alterar el valor de la capacitancia especificada de los capacitores y, muy en particular la del capacitor

de marcha, ya que colocar un capacitor con un valor de capacitancia por encima o por debajo de la

especificada, en ambos casos causan una elevación en el consumo de corriente y con seguridad

provocará un sobrecalentamiento del motor.

Sensores y Transductores

Como transductores entre ondas acústicas y eléctricas, elementos capacitivos se usan como

emisores y como receptores de ecógrafos en medicina y de sonares en biología marina. En audio se

usan en los antiguos fonocaptores ("cápsulas de cristal y cerámicas"), en micrófonos cerámicos y en

altavoces de agudos ("tweeters"). También se usan con piezoeléctricos en micro-manipuladores de

microscopios y en cubas de limpieza por ultrasonido. Como sensores se utilizan en varios tipos de

medidores, como por ejemplo de presión, tensión y aceleración. También se usan en sistemas

microelectromecánicos (MEMs, MicroElectroMechanical Systems) con dispositivos cuyo tamaño es del

orden de 0.01 mm.

Ejemplos de Sensores y

Transductores

Sintonizadores de Frecuencia:

En receptores de radio, TV, etcétera, se utilizan los condensadores variables para igualar la

impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la

radio.

Computadores:

Los circuitos digitales en las computadoras transportan pulsos electrónicos a altas velocidades. Estos

pulsos en un circuito pueden interferir con las señales de un circuito lindante, por lo cual los

diseñadores de computadoras incluyen capacitores para minimizar la interferencia. A pesar de que

son más pequeños que los usados en los suministros de energía, realizas la misma función básica:

absorber el ruido eléctrico que se pierde

Fuentes de alimentación:

En las fuentes de alimentación (de corriente y/o de voltaje), los capacitores se utilizan para eliminar

("filtrar") el rizado o ripple remanente de la conversión de corriente alterna (AC) en continua (DC)

realizada por un circuito rectificador.

Osciladores:

Un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente continua en corriente

alterna a una determinada frecuencia. El funcionamiento es en base al principio de oscilación natural

que constituyen una bobina y un condensador.

Ejemplo de Capacitor Variable

El flash de las cámaras fotográficas:

Los brillantes flash de las cámaras usadas para tomar fotografías con baja luz vienen de una lámpara

de xenón. Un pulso de alto voltaje enciende la lámpara por unas pocas milésimas de segundo, el

tiempo suficiente para iluminar un cuarto. Para obtener un alto voltaje a partir de la batería de la

cámara, que produce sólo pocos voltios, un circuito "bombea" cargas eléctricas en el capacitor. El

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. Esto vacía el capacitor,

que la cámara recarga para otra imagen.

Tubos fluorescentes:

A menudo se intercala entre los terminales de entrada de un tubo fluorescente un condensador que

tiene la finalidad de permitir que el factor de potencia del dispositivo sea cercano a 1. A este tipo

de compensación se le denomina «compensación en paralelo» debido a este arreglo.

El alto voltaje para el Flash de una Cámara

Fotográfica viene de un capacitor.

Diagrama de la conexión de un tubo fluorescente

con un capacitor, y un balastro (inductor).

Compensación del factor de potencia:

El factor de potencia es el indicador utilizado para medir la eficiencia eléctrica, siendo el valor de 1

(100%) el óptimo. Cuando el indicador de potencia posee un valor de 1, significa que toda la energía

se convierte en trabajo. Si el factor de potencia es menor a 0.9 las empresas eléctricas pueden aplicar

multas. Cualquier instalación residencial, comercial, o industrial en la cual existan algún tipo de

motores eléctricos, (bombas de agua, elevadores, compresores, etc.), pueden presentar necesidades

de contar con bancos de capacitores para corregir el factor de potencia y evitar las penalizaciones

de las empresas eléctricas

Circuitos de Audio:

Los capacitores tienen muchos usos en los equipos de audio. Bloquean la corriente continua de las

entradas de los amplificadores, previniendo un repentino ruido sordo o estampido que podría dañar

los parlantes y el oído humano. Los capacitores usados en los filtros de audio te permiten controlar

la respuesta de los bajos, los rangos medios y el sobreagudo. Los instrumentos musicales como los

órganos usan capacitores de Mylar o de poliestireno para crear tonos musicales.

Desfibriladores:

El desfibrilador es un aparato que se usa para reanimar enfermos en situaciones de emergencia

cardíaca. El desfibrilador usa un condensador que puede almacenar 360J y entregar esta energía al

paciente en 2ms.

Ejemplo de un circuito de audio

que contiene capacitores

Ejemplo del uso de un

desfibrilador