¿Qué es la capacitancia?

Hoy quiero ayudarte a comprender ¿Qué es la capacitancia? y la importancia que tiene en un capacitor, espero ser claro y no hacerte bolas en este tema y al final si crees que te ha sido útil espero me ayudes compartiendo en tus redes sociales.

Definición de capacitancia

Vayamos al grano y sin titubear, aquí te dejo mi definición de capacitancia:

La capacitancia eléctrica es una propiedad única que posee un componente o circuito eléctrico para almacenar energía en forma de carga eléctrica y se representa con la letra «C».

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📌 NOTA: La capacitancia siempre será una cantidad positiva y depende de la forma y geometría del capacitor o conductores.

Capacitores y capacitancia

¿Qué te aparecido? Como puedes observar la capacitancia esta relacionada estrechamente con un capacitor, no obstante, esta presente en muchos otros lugares y componente, es por esto, que siempre debemos tener cuidado con esta propiedad al momento de diseñar.

Un capacitor o también conocido como condensador son componentes que almacenan energía, y lo hacen a través de dos placas de material conductor separadas por un material dieléctrico.

Esta configuración de placas y dieléctrico permite a los condensadores almacenar energía en forma de carga eléctrica y por lo tanto esta presente la capacitancia, el tipo de material dieléctrico y la distancia entre las placas determinan el valor de la capacitancia presente en el capacitor.

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Unidades de capacitancia

¿Para qué sirve la capacitancia? esta pregunta seguramente ya la puedes responder después de la definición y datos que te he dado, no obstante, para que quede mas claro es importante comprender que:

  • La capacitancia la podemos expresar como la relación entre la carga eléctrica que posee un conductor y la diferencia de potencial que esta presente entre dos conductores.

La unidad de la capacitancia la medimos en faradios, donde un faradio = Coulomb/Volt según el Sistema Internacional de Unidades y la podemos representar por la letra «F», esto en honor al físico inglés Michael Faraday. No obstante, el faradio es una unidad bastante grande para efectos prácticos, ya que, un faradio indicaría que tenemos una gran capacitancia.

Dicho lo anterior, cuando estés diseñando algún proyecto encontrarás capacitores con fracciones de capacitancia, la cual ronda entre los microFaradios (uF) a picoFaradios (pF), o quizá te topes con los llamados supercapacitores quienes son capaces de almacenar enormes cantidades de carga eléctrica en rangos de miles de faradios, aunque te soy honesto, solo los encontrarás en aplicaciones muy especificas.

Factores que afectan o aumentan la capacitancia

Existen tres factores que principalmente aumentan la capacitancia, por ejemplo:

  1. Si las placas están mas cerca entre si la capacitancia aumentara y por lo contrario si se alejan las capacitancia disminuirá.
  2. Placas mas grandes aumentan el valor de la capacitancia.
  3. El material dieléctrico es un facto determinante y directamente defina la capacitancia.

Formula de la capacitancia

A continuación veremos las formulas de la capacitancia en diferentes casos.

1. Formula de la capacitancia en un conductor

Formula de la capacitancia

Donde

  • C es la capacitancia en Coulomb/Volt
  • Q es la carga eléctrica de un conductos en Coulomb
  • V es el potencial eléctrico medido en volts

2. Formula de capacitancia en un capacitor

En un condensador la capacitancia se representa en un ecuación diferencial y esto se hace derivando la ecuación que vimos anteriormente de un conductor.

Ecuación diferencial de la capacitancia en un condensador

Donde C es la capacitancia representad como

Capacitancia en un capacitor

En donde cada valor significa:

  • A es el área de las placas en metros cuadrados
  • ε es la permitividad
  • d es la distancia entre las placas en metros

3. Formula de la capacitancia en una esfera

Ahora, si lo que tenemos es una esfera conductora la formula de la capacitancia se expresa de la siguiente manera:

Formula de la capacitancia en una esfera conductora

Donde

  • C es la capacitancia
  • εo = 8.85 x 10 -12 C2/ N.m2
  • r es el radio de la esfera en metros (m)

Usualmente esta formula va ligada a lo que se conoce como capacidad mutua y auto capacidad:

  • La capacitancia mutua, es la forma en que se abrevia el termino de capacidad entre dos conductores cercanos, por ejemplo, las placas de un capacitor.
  • La auto-capacitancia, es la cantidad de carga eléctrica que se debe agregar a un conductor aislado para aumentar su potencial.

Es por ello que se toma como referencia teórica una esfera hueca conductora, de radio infinito pero centrada en el conductor.

Capacitancia en serie y paralelo

Excelente, ya hemos avanzado mucho en este tema, ya conoces varias formulas y casos en que se presenta la capacitancia, ahora toca ver las topologías en serie y paralelo, así que veamos ambos casos.

Formula de la capacitancia en serie

Como regla general, puedes comprobar que tu calculo es correcto si el valor resultante de la siguiente formula es menor que el valor de capacitancia mas pequeña del circuito.

Formula de la capacitancia equivalente en un circuito serie de capacitores

Formula de la capacitancia en paralelo

A diferencia de la capacitancia en serie, cuando estamos en paralelo, el valor resultante es mayor que la capacitancia más grande en el circuito.

CT = C1 + C2 + C3 + C4 + … + Cn

¿Cómo puedo leer u obtener la capacitancia en un capacitor?

Lo más fácil es ayudarnos de un multímetro que tenga la opción de capacitancia y, en términos generales podrías seguir los siguientes pasos.

  1. Identifica si el capacitor esta trabajando bajo efectos de corriente alterna o directa, ya que, recuerda que en directa el condensador bloque el flujo de corriente eléctrica y, por lo tanto, tendrás que configurar el multímetro según el tipo de corriente.
  2. Antes de conectar el multímetro, revisa físicamente el condensador para comprobar que no este dañado.
  3. Bien, ahora posiciona tu multímetro en la opción para leer capacitancia, por lo regular, en los tipos que tienen perilla, traen un símbolo parecido al del capacitor.
  4. Es recomendable que antes de la medición procedas a descargar el capacitor (Te dejo este post donde te enseño algunas técnicas de como puedes probar un condensador).
  5. Una vez descargado, conecta las puntas del multímetro en las terminales del capacitor para proceder con la lectura.
  6. Como ultimo paso revisa la lectura, si te llegarás a topar con el valor «OL», puede significar dos cosas:
    1. El condensador esta dañado y deberás reemplazarlo
    2. O el valor de la capacitancia supero la resolución del multímetro

Medir la capacitancia a través de un multímetro

La marca Fluke es una de las mejores para este tipo de trabajos aquí algunos ejemplos.

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  • La unidad se calibra antes de envío certificado con calibración NIST. Certificado con datos.
  • La calibración NIST garantiza que tu instrumento cumple con las especificaciones del fabricante. Instrumento listo para usar y cumple con la mayoría de estándares de sistema de calidad.
  • Medir hasta 10 a, 20 A, por hasta 30 segundos.
  • Filtro seleccionable para voltaje preciso.
  • Alerta de entrada proporciona audible Advertencia contra el mal uso de entrada clavijas.
Fluke 3000 FC Wireless Digital Multimeter
  • Mediciones de voltaje de CA y CC a 1000V
  • Corriente de CA y CC con resolución de 0.01 mA
  • Continuidad, resistencia, prueba de diodo, capacitancia y medidas de frecuencia
  • Además, los módulos inalámbricos habilitados para Fluke Connect miden el voltaje de CA, CC y CA CC, la corriente CA y CC, más la temperatura, todo lo cual se muestra en el multímetro inalámbrico de la serie Fluke 3000 FC.
  • El multímetro inalámbrico de la serie Fluke 3000 FC con la aplicación Fluke Connect tiene todos los elementos esenciales para realizar pruebas convenientes y solucionar problemas de medición
Fluke 117/323 KIT Multimeter and Clamp Meter Combo Kit
  • El multímetro 117 mide el voltaje de CA y CC, así como los amplificadores de CA y CC. El medidor de pinza 323 mide el voltaje de CA y CC, así como los amperios de CA
  • El multímetro 117 cuenta con rms reales para mediciones precisas en cargas no lineales. El multímetro 117 presenta una impedancia de entrada baja que ayuda a prevenir lecturas falsas debido a la tensión fantasma
  • El 323 el medidor de pinza proporciona un verdadero voltaje y corriente de RMS AC para mediciones precisas en señales no lineales
  • El medidor de pinza 323 mide 400 A de corriente CA y 600 VCA y voltaje de CC

Circuitos de capacitores

Aquí te dejo este otro post donde puedes practicar un poco analizando las topologías de capacitores en serie y paralelo.

Capacitores en serie y paralelo

Espero que este post te haya ayudado y aclarado alguna duda, gracias por leerme y compartir.

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Juan Carlos G - Capacitores .Net

Juan Carlos G.

Electrónica y desarrollo de software


Estudie Electrónica en la UNAM y me encanta hablar y publicar estos temas para ayudar a los demás a comprender ciertos temas que muchas veces son complicados de entender. Espero que este blog, el cual lo he dedicado a hablar de los Capacitores y productos relacionados a este componente, te sea de gran ayuda, amigo o amiga electrónica.

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