Calculadora de condensadores
Cuatro calculadoras en una. Combina condensadores en serie o en paralelo, calcula la carga, la tensión, la capacidad y la energía almacenada a partir de cualquier par de ellas, o introduce una resistencia y un condensador para obtener la constante de tiempo RC, la tensión en cualquier instante y la curva completa de carga o descarga. Se muestra el desarrollo de cada cálculo. Gratis, sin registro.
Añade una tensión para ver la carga, la tensión y la energía de cada condensador.
Resultados
6,667 µF
Capacidad equivalente
2
Condensadores
80 µC
Carga total
480 µJ
Energía total
El desarrollo
- 1 ÷ (1/10 µF + 1/20 µF) = 6,667 µF
En serie, cada condensador tiene la misma carga, así que el de menor capacidad soporta la mayor tensión. Comprueba la tensión nominal de cada condensador frente a su parte.
Cada condensador con esta tensión
| Condensador | Capacidad | Tensión en bornes | Carga | Energía |
|---|---|---|---|---|
| C1 | 10 µF | 8 V | 80 µC | 320 µJ |
| C2 | 20 µF | 4 V | 80 µC | 160 µJ |
Cómo usar la calculadora de condensadores
- 1. Elige qué calcular. En serie y en paralelo combinan varios condensadores, Carga y energía resuelve Q = CV y E = ½CV², y Carga y descarga RC modela una resistencia que carga un condensador.
- 2. Introduce los valores con sus unidades. La capacidad va de pF a F, la tensión de µV a MV, la carga de pC a C y la energía de nJ a kJ, así que un condensador de 4,7 µF con una tensión nominal de 25 V se escribe tal como aparece impreso.
- 3. Lee los resultados. Las magnitudes desconocidas aparecen con el prefijo del SI que mejor les corresponde, junto con la fórmula y tus números.
- 4. Usa el dibujo. Los modos en serie y en paralelo dibujan el conjunto, el modo de carga representa Q frente a V y el modo RC dibuja la curva de tensión con la constante de tiempo marcada.
Las fórmulas
| Magnitud | Fórmula | Notas |
|---|---|---|
| Condensadores en paralelo | C = C₁ + C₂ + C₃ + … | En la práctica, las placas suman área |
| Condensadores en serie | 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃ + … | Siempre menor que el más pequeño |
| Carga | Q = C × V | Culombios = faradios × voltios |
| Energía almacenada | E = ½CV² = ½QV = Q² ÷ 2C | Julios |
| Constante de tiempo RC | τ = R × C | Segundos, con R en ohmios y C en faradios |
| Carga en RC | v(t) = V × (1 − e^(−t/τ)) | Sube hacia la tensión de la fuente V |
| Descarga | v(t) = V × e^(−t/τ) | Baja desde V hacia cero |
Los condensadores se combinan al revés que las resistencias. Los condensadores en paralelo suman sus capacidades porque cada uno aporta área de placa adicional para almacenar carga a la misma tensión. En serie, la misma carga se encuentra en cada condensador, la tensión se reparte entre ellos y la capacidad total queda por debajo de la del más pequeño: dos condensadores iguales en serie dan la mitad del valor de uno.
Ejemplos desarrollados
- Serie, 12 V: 10 µF y 20 µF en serie dan 1 ÷ (1/10 µF + 1/20 µF) = 6,667 µF. La carga es 6,667 µF × 12 V = 80 µC en cada uno, así que las tensiones son 80 µC ÷ 10 µF = 8 V y 80 µC ÷ 20 µF = 4 V. El condensador más pequeño soporta la tensión mayor.
- Paralelo, 12 V: 1 µF, 2,2 µF y 4,7 µF en paralelo suman 7,9 µF, con 94,8 µC y 568,8 µJ a 12 V.
- Carga y energía: un condensador de 100 µF a 12 V almacena Q = 100 µF × 12 V = 1,2 mC y E = ½ × 100 µF × (12 V)² = 7,2 mJ.
- Circuito RC: con 10 kΩ y 100 µF, la constante de tiempo es 10.000 Ω × 0,0001 F = 1 s. Dos segundos después de un escalón de 5 V, el condensador está en 5 × (1 − e⁻²) = 4,323 V, el 86,5 % de la fuente, y la corriente ha caído a 67,67 µA desde su valor inicial de 0,5 mA.
Cómo leer una curva RC
Tras una constante de tiempo, un condensador que se carga ha alcanzado el 63,2 % de la tensión de la fuente, y uno que se descarga ha bajado al 36,8 %. Tras dos, está en el 86,5 %; tras tres, en el 95,0 %; tras cuatro, en el 98,2 %, y tras cinco, en el 99,3 %. La regla práctica de que un condensador «está cargado tras 5τ» significa en realidad que está dentro del 1 %: nunca llega exactamente a la tensión de la fuente. El tiempo necesario para alcanzar una fracción f del cambio es t = −τ × ln(1 − f), que da 0,693τ para el punto medio y 2,303τ para el 90 %.
La misma pareja RC es también un filtro de primer orden. Como filtro paso bajo, su frecuencia de corte a −3 dB es fc = 1 ÷ (2πRC), que son 0,159 Hz para el ejemplo de 1 s anterior. La calculadora la muestra junto a la constante de tiempo.
Los condensadores reales difieren del ideal
Los condensadores electrolíticos suelen tener una tolerancia de ±20 %, y su capacidad cambia con la temperatura, la tensión y el envejecimiento. Todo condensador tiene una tensión nominal que debe superar la tensión que va a soportar; en un conjunto en serie, compruébala para cada uno con su parte. Los condensadores grandes pueden conservar una carga peligrosa mucho tiempo después de desconectar la alimentación, así que descárgalos antes de manipularlos.
Preguntas frecuentes
- ¿Cómo se suman los condensadores en paralelo y en serie?
- En paralelo, se suman las capacidades: 1 µF + 2,2 µF + 4,7 µF = 7,9 µF. En serie, se suman las inversas y se invierte el resultado: para 10 µF y 20 µF, 1/C = 0,1 + 0,05 = 0,15 por µF, así que C = 6,667 µF.
- ¿Cuál es la fórmula de la energía almacenada en un condensador?
- E = ½CV², en julios, con C en faradios y V en voltios. Las formas equivalentes son ½QV y Q² ÷ 2C. Si se duplica la tensión, la energía se cuadruplica, por eso los bancos de condensadores de alta tensión son peligrosos.
- ¿Qué es la constante de tiempo RC?
- τ = R × C, el tiempo en segundos que tarda un condensador que se carga a través de una resistencia en alcanzar el 63,2 % de la tensión de la fuente, o el tiempo que tarda uno que se descarga en caer al 36,8 % de su valor inicial. Diez kiloohmios con 100 µF dan 1 s.
- ¿Cuánto tarda un condensador en cargarse del todo?
- En teoría, nunca termina. Tras 5τ está a menos del 0,7 % de la tensión de la fuente, lo que suele considerarse cargado del todo; tras 3τ está al 95 %. Una R o una C mayores dan un tiempo más largo.
- ¿Por qué una pareja en serie da menos capacidad?
- Los dos condensadores juntos actúan como uno solo cuyas placas están más separadas, porque la carga de las placas interiores solo se mueve entre ellas. A mayor separación, menor capacidad, y la tensión se reparte entre los dos.
- ¿Qué es el faradio?
- Un faradio almacena un culombio de carga por voltio. Es una unidad muy grande, así que los condensadores reales se marcan en microfaradios (µF), nanofaradios (nF) y picofaradios (pF); los supercondensadores llegan a cientos de faradios.