Energía Almacenada en un Condensador: ¿Qué es y Cómo funciona?

 

¿Qué es la energía almacenada en un condensador?

Un condensador, también conocido como capacitor, es un componente eléctrico, utilizado en los circuitos eléctricos y electrónicos, que tiene la capacidad de almacenar energía eléctrica mediante un campo eléctrico.

Está compuesto por superficies conductoras separadas por un material dieléctrico (aislante). Cuando las superficies se someten a una diferencia de potencial, una adquiere carga eléctrica positiva, mientras que la otra adquiere carga eléctrica negativa.

Energía Almacenada en un CondensadorEl funcionamiento de un condensador se basa en dos laminas metálicas separadas por un aislante eléctrico o material dieléctrico.

Cuando conectamos estas laminas a una fuente de energía o la sometemos a una diferencia de potencial,  una lámina comienza a cargarse negativamente  (se llena de electrones) haciendo que la otra tenga que liberar electrones, quedando así cargada positivamente.

Al desconectar la fuente de energía, las placas se  mantienen cargadas muy cerca entre una y otra,  gracias al material aislante. Esto hace que las cargas tiendan a atraerse y se mantengan en las placas, almacenando energía eléctrica para ser utilizada cuando se requiera.

¿Qué ventajas tiene?

Sabías qué...
En nuestro hogar, todos tenemos condensadores, desde el control remoto del televisor hasta en la lavadora de ropas, porque los condensadores están en todos los sistemas eléctricos.

Los condensadores son utilizados para compensar la energía reactiva. Como la energía reactiva es penalizada por la empresa que suministra la energía eléctrica, el almacenamiento de energía en condensadores  compensa esa carga reactiva. 

Además, como mencionamos anteriormente,  los condensadores se utilizan para almacenar energía.  Pero los condensadores pueden almacenar poca energía.

Entonces ¿para qué es necesario almacenar energía si con conectar un aparato eléctrico a la red ya tenemos la energía necesaria?

Los condensadores son utilizados principalmente para filtrar la señal. Si tenemos una señal eléctrica donde su voltaje oscila, cuando el voltaje caiga, el condensador será el encargado de suministrar el voltaje para mantenerlo constante y estable.

Los condensadores tienen  la cualidad de que se pueden recargar rápidamente  y también son  capaces de almacenar un montón de energía. 

El objetivo es contar con una nueva tecnología que pueda almacenar grandes cantidades de energía y que se puedan recargar en segundos.

También, actualmente se está trabajando en los micro condensadores que se utilizarán tanto para tecnologías más pequeñas como para los  teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles. 

¿Cómo se produce el almacenamiento de energía en un condensador?

  1. Un condensador se construye con la colocación de dos conductores separados por un espacio vacío o lleno de un material no conductor.
  2. Materiales como el vidrio, los plásticos, la goma, no conducen electricidad fácilmente, por lo que se les conoce como aisladores.
  3. Aunque estos materiales son inactivos conduciendo la electricidad, pueden modificar el campo eléctrico externo en el que se coloquen y, por eso, se les conoce como dieléctricos.
  4. Si se coloca un dieléctrico entre los dos conductores de un condensador, la capacidad del condensador aumenta, o sea, se acumula más carga eléctrica.

Las ventajas de este proceso

  1. Resuelve el problema mecánico de mantener dos  grandes láminas metálicas a distancia muy pequeña  sin contacto alguno.
  2. Consigue  aumentar la diferencia de potencial máxima  que el condensador es capaz de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica).
  3. La capacidad de un condensador de dimensiones dadas es varias veces mayor con un dieléctrico que separe sus láminas que si estas estuviesen en el vacío.

Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, al ser introducido en un circuito, puede almacenar la energía eléctrica que recibe durante el período de carga, la misma energía que cede después durante el período de descarga.

Esto quiere decir que cuando aumenta la diferencia de potencial entre sus terminales, el condensador almacena carga eléctrica debido a la presencia de un campo eléctrico en su interior; cuando esta disminuye, el condensador devuelve dicha carga al circuito.

Condensador

¿En qué unidades se mide la energía acumulada en un condensador?

En el sistema Internacional de Unidades, se mide en Faradios (F) siendo un faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia potencial de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 columbio.

La capacidad de un faradio es más grande que la de la mayoría de los condensadores.

Los condensadores obtenidos a partir de supercondensadores son la excepción, porque  están hechos de carbón activado  para conseguir una gran área relativa y tienen una separación molecular entre las placas.

Así se consiguen capacidades del  orden de cientos de miles de faradios. 

Sabías qué...
Estos condensadores se están utilizando en los prototipos de coches eléctricos.

¿Cómo se transforma la energía almacenada en un condensador?

  1. En un condensador descargado, habrá transferencia de energía hacia el capacitor al aplicársele una fuente de alimentación.
  2. Si la corriente es constante, que es lo que se conoce como corriente continua, entonces la potencia será proporcional al voltaje.
  3. Si el voltaje aumenta en forma lineal, la potencia aumentará igual.

¿Qué necesitamos para almacenar energía en un condensador?

  1. La energía almacenada en un condensador se expresa en el trabajo realizado por la batería.
  2. El voltaje representa la energía por unidad de carga y el trabajo para mover un elemento de carga dq desde la placa negativa a la placa positiva es igual a V dq, donde V es el voltaje sobre el condensador.
  3. El voltaje es proporcional a la cantidad de carga que ya está en el condensador.
  4. Cuando se cierra el interruptor para conectar la batería al condensador, hay voltaje cero a través del condensador, ya que todavía no se ha almacenado ninguna carga y, como se sabe, el voltaje del condensador es proporcional a la carga.
  5. Entonces, el almacenamiento de energía en un condensador consiste en transportar la carga desde una plaza del condensador a otra, venciendo las fuerzas eléctricas.
  6. A medida que el voltaje del condensador aumenta hasta el voltaje de la batería en el proceso de almacenamiento de la energía, cada sucesivo dq requiere más trabajo.
  7. La cantidad de trabajo, hasta que alcanza la carga total, es una suma infinita, el tipo de tarea para la que está esencialmente dotada la integral.

¿Es eficiente un condensador o capacitador?

Ya hemos explicado la eficiencia del almacenamiento de energía en condensadores, especialmente para compensar la falta de energía eléctrica cuando esta se produce.

Un estudio realizado en Corea del Sur arrojó que el almacenamiento de energía, en cualquiera de sus formas, es beneficioso, por varias razones.

  1. Incrementa la eficiencia bajando el pico de demanda del sistema eléctrico: La energía almacenada se usa en el momento de mayor demanda eléctrica, de forma que el efecto es similar a reducir ese pico de demanda.
  2. Reduce la cantidad extra de potencia renovable a instalar para compensar la variabilidad de las renovables: Las principales renovables, sol y viento, varían a lo largo del día.
Un sistema de almacenamiento permite guardar energía cuando se produzca de más, y usar la energía almacenada cuando se requiera.

¿Es renovable o no renovable?

Un equipo de investigadores australianos, encabezados por el químico Yun Liu, profesor de la universidad Nacional de Australia (ANU) ha descubierto

la forma de almacenar la energía producida por fuentes renovables.

Esto puede ser de gran ayuda para el uso de energía solar, eólica, mareomotriz, biomasa y otras fuentes de energía renovables, ya que producen electricidad de manera intermitente.

Su almacenamiento podría ayudar a equilibrar la red eléctrica en un momento dado de gran demanda energética.

Después de cinco años de investigación, los investigadores llegaron a la conclusión de que  el Dióxido de Titanio, manipulado a nivel molecular,  encaja a la perfección con lo que estaban buscando.

Entre las bondades del dióxido de titanio, el equipo encontró que la constante eléctrica es sustancialmente mayor que la de otros materiales, tiene una excelente independencia de la temperatura y bajos niveles de pérdida de energía.

Este material, dice Liu, podría ser usado como supercondensadores para almacenar grandes cantidades de energía, abriendo la puerta a la innovación de energías renovables, autos eléctricos, e incluso el espacio.

Un poco de historia sobre los condensadores

Sabías qué...
Fue en octubre de 1745 cuando el físico Ewald George Von Kleist se dio cuenta de que la carga eléctrica podía ser almacenada conectando, por medio de un cable,  un generador electrostático al interior de una botella de vidrio. 

La mano de Von Kleist y el agua actuaban como conductores y la botella como un dieléctrico, es decir, aislante.

Cuando Vol Kleist fue sacudido por una poderosa chispa al tocar el alambre, dedujo que la carga eléctrica se almacenaba en ese dispositivo.

energía almacenamiento con condensadorUn año después, el físico holandés Pieter van Musschenbroek inventó  un condensador similar que fue llamado botella de Leyden,  en honor a la Universidad de Leiden, donde trabajaba.

Este científico también se sorprendió por la fuerza de la descarga que el aparato proporcionaba. Llego a escribir impresionado:

No padecería una segunda descarga ni por todo el reino de Francia.

Posteriormente, Daniel Gralah fue el primero en combinar varias botellas de Leyden formando una batería para incrementar la capacidad del almacenamiento de carga.

Y Benjamín Franklin, en 1749, determinó que la carga no se almacenaba en agua, como los demás suponían, sino en el borde del cristal, y fue él quien  acuñó el término “batería”. 

Pero fue Charles Pollak el inventor de  los primeros condensadores electrolíticos.  En 1896, cuando se le concedió la patente, en Estados Unidos, para un “condensador líquido eléctrico con electrodos de aluminio”.

Finalmente, los Laboratorios Bell, en 1950, inventaron los electrolitos sólidos condensadores de tantalio como condensadores de baja tensión.

 

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