Capacitancia: Almacenamiento de energía en Colombia | ORBITECH

¿Qué es la capacitancia y cómo funciona?

La capacitancia mide la capacidad de un dispositivo para almacenar carga eléctrica cuando hay una diferencia de potencial entre sus placas. $C = \frac{Q}{V}$
Piensa en un capacitor como un 'tanque de carga': a más capacidad, más carga guarda a mismo voltaje.
Un capacitor típico en electrónica tiene valores entre microfaradios (μF) y picofaradios (pF).
En Colombia, un capacitor de 100 μF cuesta unos 2 000 COP en tiendas de electrónica de San Victorino (Bogotá).
La unidad de capacitancia es el F (faradio), pero 1 F es enorme: un capacitor de 1 F sería del tamaño de un barril.
Usa submúltiplos: 1 μF = 10^{-6} F, 1 nF = 10^{-9} F.

C = \frac{Q}{V}

La fórmula fundamental es C = Q/V donde Q es carga en coulombs (C) y V voltaje en voltios (V). $C = \frac{Q}{V}$
Para recordar: 'Carga sobre Voltaje da Capacitancia' (C=Q/V).
1 faradio (1 F) = 1 coulomb/1 volt. En la práctica se usan μF, nF y pF. $1 F = 1 C / 1 V$
Si un capacitor de 10 μF tiene 5 mC de carga, el voltaje es V = Q/C = 0.5 V.
La capacitancia depende del área de las placas, la distancia entre ellas y el material dieléctrico. $C = ε \frac{A}{d}$
A más área (A) o menos distancia (d), más capacitancia. El dieléctrico aumenta C.

C = \frac{Q}{V}

La energía almacenada en un capacitor es E = ½·C·V². ¡El voltaje al cuadrado! $E = \frac{1}{2} C V^{2}$
Si duplicas el voltaje, la energía se cuadruplica. ¡Cuidado con los 220 V!
También puedes calcularla con E = ½·Q·V o E = Q²/(2C). $E = \frac{1}{2} Q V = \frac{Q^{2}}{2 C}$
En un capacitor de 100 μF a 12 V, E = 0.5×100×10^{-6}×12² = 7.2 mJ (suficiente para un LED).
En Colombia, los capacitores en los arrancadores de motores almacenan energía para dar el 'jalón' inicial.
Un capacitor de 50 mF a 24 V almacena E = 14.4 J: ¡puede levantar 1.4 kg a 1 m de altura!

E = \frac{1}{2} C V^{2}

Capacitores de papel: usados en circuitos antiguos (como en radios de los 80 en Medellín).
Son baratos pero grandes. Hoy se usan en reparaciones de equipos viejos.
Capacitores electrolíticos: polarizados, alta capacitancia (mF), en fuentes de poder y televisores.
¡Ojo con la polaridad! Si los conectas al revés, ¡pueden explotar! (en Barranquilla algunos talleres los reparan).
Capacitores de cerámica: pequeños, para alta frecuencia (como en circuitos de computadores en Cali).
Son los más comunes en electrónica moderna. Valores típicos: 100 pF a 100 nF.
Capacitores variables: usados en sintonizadores de radio (como los antiguos en Bogotá).
Se ajustan girando un dial. Hoy se usan en transmisores locales.

En paralelo: la capacitancia total es la suma de todas. $C_{t} o t a l$ = C₁ + C₂ + ... $C_{e q} = \sum_{i} C_{i}$
Más capacitores en paralelo = más capacidad total. Como más tanques de agua conectados.
En serie: la inversa de la total es la suma de inversas. 1/ $C_{t} o t a l$ = 1/C₁ + 1/C₂ + ... $\frac{1}{C_{e q}} = \sum_{i} \frac{1}{C_{i}}$
En serie, la capacitancia total SIEMPRE es menor que la más pequeña. 'Lo mismo, pero al revés' que en resistencias.
Ejemplo ICFES: Dos capacitores de 10 μF en paralelo dan 20 μF; en serie dan 5 μF.
Para calcular rápido: en paralelo suma; en serie usa 1/(suma de 1/Ci).

C_{e q} = \sum C_{i} (paralelo) \frac{1}{C_{e q}} = \sum \frac{1}{C_{i}} (serie)

En una casa de estrato 3 en Cali con voltaje de 120 V, un capacitor de 1000 μF almacena Q = C·V = 0.12 C. $Q = C \cdot V = 1000 \times 10^{- 6} \times 120 = 0.12 C$
La carga Q se mide en coulombs. 0.12 C es como 7.5×10^{17} electrones.
La energía almacenada es E = ½·C·V² = 7.2 J (suficiente para levantar 720 g a 1 m de altura). $E = \frac{1}{2} \times 1000 \times 10^{- 6} \times 120^{2} = 7.2 J$
Para calcular rápido: V²/2 = 120²/2 = 7200, luego multiplica por C en faradios.
Si en Medellín hay un apagón, los capacitores de los UPS (sistemas ininterrumpidos) dan energía por segundos para guardar archivos.
Un UPS con capacitor de 10 mF a 24 V da E = 2.88 J: suficiente para guardar un documento.

Q = C \cdot V y E = \frac{1}{2} C V^{2}

Botella de Leyden (1745): Primer capacitor inventado por Ewald Georg von Kleist y Pieter van Musschenbroek en los Países Bajos.
Unidad F en honor a Michael Faraday (1831): Faraday descubrió la inducción electromagnética, clave para entender el almacenamiento de energía.
Capacitores en los semáforos de Medellín: Se usan para temporizar los cambios de luz, evitando accidentes en horas pico.
Precio aproximado de un capacitor de 100 μF en Bogotá: En tiendas como San Victorino o en MercadoLibre Colombia: entre 1 500 y 3 000 COP.