Capacitores en serie y paralelo

Hola mi querido lector me alegra mucho tenerte aquí, hoy voy a tratar uno de los temas más importantes en esto de los capacitores, hoy hablaremos de los Capacitores en serie y paralelo, veremos sus características principales y haremos un par de ejercicios, no olvides que si te gusta comparte en tus redes sociales.

¿Qué aprenderás de los condensadores en serie y paralelo?

Hoy quiero compartir contigo este texto lleno de conocimiento que, sin duda, te servirá de mucho.

Vamos a analizar y a conocer lo que es un capacitor y sus conexiones más importantes, o como hemos visto en otros post, también es conocido como condensador.

Posteriormente, nos centraremos en sus diferentes configuraciones de conexión en un circuito electrónico (serie, paralelo y mixto), así como las formulas y ecuaciones (que, por cierto, son muy sencillas) para calcular las magnitudes físicas que están asociadas a los condensadores.

Al final de este texto, lograrás:

• Identificar un circuito de capacitores conectados en serie.
• Identificar un circuito de capacitores conectados en paralelo.
• Identificar un circuito de capacitores con conexiones mixtas.
• Aplicar con éxito las ecuaciones para el cálculo de las diferentes magnitudes físicas en cada tipo de conexión
• Simplificar y calcular un circuito mixto.

Repacemos el concepto de capacitor o condensador

Como ya te he mencionado anteriormente, el capacitor también se le conoce como condensador, de esta forma puedes encontrarlo en diferentes fuentes, y para efectos prácticos, lo mencionaré por ambos nombres a través todo el escrito.

El capacitor es un dispositivo que tiene la propiedad de almacenar energía eléctrica, a través de un campo eléctrico que generalmente tiene una polaridad, la cual es positiva (+) de un extremo y negativa (-) de otro.

Para que lo puedas comprender mejor, el condensador es como una pequeña batería que ha sido cargada (pero cuidado no hace lo que las baterías), si almacena energía pero luego la libera en un procesos llamado descarga. Tengo un post dedicado a la carga y descarga de un condensador, te recomiendo que lo veas si tienes dudas.

El condensador tiene su propio símbolo eléctrico que se utiliza en los diagramas eléctricos y electrónicos:

Este símbolo es importante que lo identifiques, ya que te permitirá saber cuándo un circuito está utilizando capacitores, y puedas identificar con mucha facilidad si es una topología en serie, paralelo o mixto.

Excelente, eres un campeón o campeona, ya sabes todo lo básico para empezar el análisis de los circuitos, espero no asustarte y ser responsable de que abandones la carrera. 😂

No obstante, si aun tienes algunas dudas o deseas repasar algunos conceptos, puedes ver estos otros post relacionados:

• ¿Qué es la capacitancia y como se calcula?
• ¿Qué son los microfaradios?
• ¿Qué son los dieléctricos y que tipos hay?
• Analizando los tipos de capacitores que existen

Ahora si vayamos sin miedo y con valor al análisis de los siguientes circuitos con capacitores.

Circuitos con capacitores

Bien, existen una infinidad de circuitos que utilizan estos componentes así que tendremos que centrarnos en al menos 3 topologías y conforme pase el tiempo estaré actualizando y subiendo nuevos circuitos, así que estate atento.

Los circuitos que veremos son.

• Capacitores en serie
• Capacitores en paralelo
• Y Capacitores en un circuito mixto

Antes de que te adentres a conocer este tipo de conexión y dado que se que no has dado clic en ningún enlace que te deje para que repasarás los conceptos básicos 😒, veremos los siguiente conceptos lo cual te hará recordar varios puntos importantes dentro del universo de los capacitores.

Los capacitores se miden por su capacitancia (cuanta carga puede almacenar un capacitor), se abrevia con una C. La capacitancia tiene como unidad de medida estándar los Faradios según el Sistema Internacional de Unidades y se abrevia con una F.

La expresión para el cálculo de la capacitancia es:

Donde:

• C es la capacitancia
• Q es la carga eléctrica
• V es la diferencia de potencial aplicado en las terminales del condensador

Generalmente los capacitores se manejan en unidades muy pequeñas, como los microfaradios (x10-6), nanofaradios (x10-9), y los picofaradios: (x10-12). Sin embargo, también puedes encontrar condensadores en Faradios en aplicaciones especiales.

Muy bien, ahora teniendo en mente esos puntos, puedes continuar tu travesía.

Capacitores en serie

Lo primero que analizaremos es el caso de los circuitos con capacitores en serie, es una de las mas sencillas de comprender y muy importante también.

¿Qué son los capacitores en serie?

Un circuito de condensadores en serie son dos (¡o más!) condensadores conectados en una misma línea de conexión y por si no me he explicado bien, veamos un circuito para despejar dudas.

En la imagen anterior puedes apreciar 4 capacitores conectados en serie, ya que están en la misma línea de conexión.

¿Cuanto vale la corriente y carga en un circuito de capacitores en serie?

Cuando tienes condensadores conectados en serie, la corriente (I) y la carga eléctrica (Q) es la misma para todos los capacitores. Para que lo entiendas mejor, aquí puedes apreciar la ecuación que explica lo anterior dicho.

Formula de la corriente en capacitores conectados en serie

Para intensidad de corriente (I) tenemos:

I = I₁ = I₂ = I₃ = I₄ … = I_n

Formula de la carga eléctrica en capacitores conectados en serie

Para la carga eléctrica (Q) tenemos:

Q = Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q₄ … = Q_n

¿Cómo calcular la capacitancia equivalente en un circuito en serie de capacitores?

Bien, si necesitas calcular la capacitancia equivalente de un circuito de capacitores en serie, en realidad es muy sencillo. La capacitancia equivalente es la capacidad de almacenar la energía total presente en todos los capacitores que existen en el circuito.

El valor de capacitancia total en un circuito en serie es igual al inverso de la suma de los inversos del inverso de las capacitancias.

¿Está de locos no? Puede sonar difícil, pero conociendo la ecuación y aplicándola a un ejemplo, te resultará fácil comprender el trabalenguas que te acabo de decir.

¿Cuál es la formula de la capacitancia en un circuito de capacitores en serie?

Ejemplo de un circuito de capacitores en serie

En el ejemplo existen 3 capacitores en serie, los cuales tiene los valores de:

• 23F
• 21F
• y 32uF

Para que te sea mucho más sencillo este proceso, te guiaré a través de pequeños pasos hasta llegar a nuestra capacitancia equivalente:

1. Sustituir los valores en la expresión.

Tienes que sustituir los valores de cada capacitor en la expresión para calcular la capacitancia total del circuito. Entonces vas a tener lo siguiente:

2. Desarrollando los cálculos

Ahora solo debemos aplicar algunos conceptos de matemáticas básicas como es la suma de fracciones y obtenemos lo siguiente:

Como conclusión, puedes observar que la capacitancia total de nuestro circuito ejemplo es de 8.17 Faradios, lo cual gráficamente quedaría reducido el circuito de la siguiente manera:

Circuito equivalente de un circuito de capacitores en serie

¿Cómo calcular el voltaje en los capacitores en serie?

Supongamos que ahora teniendo ya la capacitancia equivalente requieres saber cuál es el voltaje o la diferencia de potencial de cada capacitor en serie que tienes en tu circuito. Para esto, requieres saber dos cosas.

La suma del voltaje de cada capacitor será igual al voltaje total suministrado al circuito, es decir.

V_T = V₁ = V₂ = V₃ = V₄ … = V_n

Y la expresión para calcular el voltaje de cada capacitor es la siguiente:

Formula del voltaje en capacitores en serie

Donde:

• VC_n es el voltaje de capacitor n
• C_T es la Capacitancia total o equivalente
• C_n es la Capacitancia del condensador
• V_T Voltaje total (voltaje suministrado)

Ejemplo de calculo de voltaje de un circuito de capacitores en serie

Para ejemplificar este caso, utilizaremos el ejemplo anterior ya que obtuvimos la capacitancia equivalente. Solo agregaremos un voltaje de 24v.

Y para que lo entiendas a la perfección, lo haremos por pasos.

1 Sustituimos los valores

Sustituiremos los valores que tenemos en la expresión para calcular los voltajes de cada capacitor que, en este caso, solo tenemos 3.

Podemos comprobarlo sumando cada voltaje, lo cual daría como resultado el voltaje total suministrado.

Puedes observar que obtuvimos un número cercano a 24v. ¡No te alarmes!, esto se debe al uso de los decimales. El resultado es correcto y podemos decir que los datos entre los teóricos y calculados son equivalentes.

Excelente mi querido lector ya has finalizado el primer apartado y estoy seguro que eres un maestro sayayin en esta topología en serie, ahora pasemos a ver la topología en parelo para que te vayas de aquí como todo un ganador.

Capacitores en paralelo

Ahora pasemos hablar de uno de los tipos de circuitos con capacitores mas populares y que es un poquito más difícil de analizar.

¿Qué son los capacitores en paralelo?

Un circuito de condensadores conectados en paralelo, los cuales también pueden ser dos o más capacitores, son aquellos que están conectados en distintos puntos de conexión. Quizá te estés preguntando “¿Cómo es esto?”, es muy sencillo, y en el siguiente ejemplo lo explica perfectamente.

En la imagen anterior te muestro un ejemplo de un circuito de capacitores en paralelo. Puedes observar que cada extremo del capacitor (positivo y negativo) está conectado en distintos puntos, tal y como te mencione en la definición.

A diferencia de la conexión en serie, cuando conectamos condensadores en paralelo, el voltaje total o suministrado es el mismo para todos los capacitores.

Para que lo puedas entender mejor, lo puedes apreciar mediante esta expresión.

Formula de voltaje en capacitores conectados en paralelo

Ahora, si lo que necesitas es calcular la carga eléctrica total, la expresión que debes utilizar es la siguiente:

Formula de la carga eléctrica en capacitores conectados en paralelo

Capacitancia equivalente en un circuito de capacitores en paralelo

El cálculo de la capacitancia equivalente o total en un circuito de capacitores en paralelo es mucho más fácil que en la conexión en serie, ya que solo necesitas sumar las capacitancias de cada condensador.

Formula de la capacitancia equivalente en capacitores conectados en paralelo

La expresión de este cálculo es el siguiente:

C_T = C₁ + C₂ + C₃ + C₄ + … + C_n

Ejemplo de un circuito de capacitores conectados en paralelo

En este ejemplo hay 4 capacitores conectados en paralelo, con un voltaje de 12v y con valores de 0.3uF (microfaradios x10-6), 0.7uF, 0.85uF, y 0.5uF, respectivamente a cada condensador.

Para que esto quede totalmente claro, te seguiré guiando por pasos para encontrar la capacitancia equivalente.

1. Sustituyendo valores

Sustituimos los valores de cada capacitor en nuestra expresión para calcular la capacitancia total.

2. Realizar los respectivos cálculos.

Circuito equivalente de capacitores en paralelo

La capacitancia total de nuestro circuito es de 2.35uF. Gráficamente tendremos el siguiente circuito reducido a su mínima expresión.

Para calcular la carga eléctrica total, solo es una multiplicación.

No hombre, tu eres de los míos, si has llegado hasta este punto quiere decir que estas dispuesto o dispuesta a aprender todo sobre los capacitores y para ello te voy a dejar este bonus extra donde analizaremos un circuito de capacitores mixto.

Capacitores en circuito mixto

Bien, ahora que conoces las dos topologías de conexión de condensadores y sabes calcular la capacitancia equivalente en ambos casos, es importante que sepas que hay circuitos que pueden tener los dos tipos de conexiones en uno solo, por eso fue importante que aprendieras a diferenciar entre una conexión en serie y una en paralelo.

No hay de qué preocuparse, todo se soluciona con un ejemplo.

Puedes identificar 6 capacitores, los cuales están conectados a un voltaje de 24v, cada capacitor tiene su valor, C1=5F, C2=7.5F, C3=9F, C4=3F, C5=10F, y C6=8F.

En la parte #1 puedes observar que los capacitores están en paralelo. En la parte #2 los capacitores también se encuentran en paralelo, pero C1 y C2 se encuentran en serie, al igual que C3 y C4. Lo anterior es importante que lo tengas en cuenta a continuación en la reducción y resolución del circuito.

Reducción y solución de un circuito de capacitores mixto

Empezaremos con la parte #1, ya que es la mas fácil de reducir. Puedes percatarte que esta parte esta en paralelo, por lo tanto se usa la siguiente expresión.

A la capacitancia total de esta parte, le llamamos C_5-6 ya que es el resultado de la reducción del condensador 5 con el 6. Posteriormente el circuito queda de esta manera:

Ahora, tenemos que reducir C1 con C2 y C3 con C4.

Para ambos casos, puedes percatarte de que estos condensadores están conectados en serie, por lo tanto la expresión y los cálculos que debes realizar son:

A la capacitancia total de esta parte le llamamos C_1-2 ya que es la reduccion del capacitor 1 con el 2.

A la capacitancia total de esta parte le llamamos C_3-4 ya que es la reduccion del capacitor 3 con el 4.

Entonces, nuestro circuito queda de la siguiente manera.

Finalmente, para encontrar la capacitancia total, debemos reducir esta última parte. Puedes observar que los últimos 3 capacitores totales están en serie, ya que están conectados en una misma línea de conexión.

Por lo tanto, el cálculo y el resultado son los siguientes:

Finalmente, la capacitancia total de nuestro circuito mixto es de 1.18F, quedando nuestro circuito de esta manera:

Muy bien, mi querido lector, ahora te es posible realizar muchas cosas cuando te encuentres con un circuito que tenga capacitores conectados en serie, paralelo y mixto.

Ahora sabes identificar ambas topologías, así como calcular la capacitancia total en todos los casos existentes.

También sabes que es un capacitor y su principal función, además de las unidades físicas que tienen relación con este dispositivo, como la carga eléctrica y el voltaje.

Es conveniente que recapitules como calcular la capacitancia total en cada caso:

Serie

Paralelo

C_T = C₁ + C₂ + C₃ + C₄ + … + C_n

Recuerda que pueden venir otro tipo de cálculos dentro de estas conexiones, sin embargo, es importante que comprendas y memorices estas dos ecuaciones, ya que son las que te permitirán simplificar un circuito de capacitores y adaptarlo a tus necesidades.

Me despido recordándote que sigas practicando para llegar a ser el mejor. ¡Hasta la próxima.!

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