Energía y potencia de condensadores

Visión general

Los condensadores almacenan energía en un campo eléctrico entre sus placas. La energía almacenada y la potencia disponible durante la descarga son fundamentales para diseñar circuitos temporizadores, fuentes de alimentación y sistemas de almacenamiento de energía. Esta página cubre las fórmulas principales para el almacenamiento de energía, la entrega de potencia instantánea y el tiempo de descarga bajo carga de potencia constante.

Fórmulas Clave

Energía Almacenada en un Condensador

$W = \frac{1}{2} C V^2$

Donde W es la energía almacenada (julios), C es la capacitancia (faradios) y V es el voltaje a través del condensador (voltios).

Potencia Promedio Durante la Descarga

$P = \frac{W}{t} = \frac{C V^2}{2\,t}$

Esto proporciona la potencia promedio durante un pulso de descarga de duración t. En la práctica, la descarga comienza en un pico y decae, por lo que es una estimación de ingeniería aproximada en lugar de un valor instantáneo constante.

Tiempo de Descarga con Carga de Potencia Constante

$t = \frac{W}{P} = \frac{C V^2}{2\,P}$

Reorganizando la ecuación de potencia se obtiene el tiempo requerido para descargar completamente un condensador en una carga que consume potencia P a una tasa constante.

Variables

Cálculo de Ejemplo

Un condensador de 10 µF está cargado a 230 V.

Energía almacenada:

$W = \frac{1}{2} \times 10 \times 10^{-6} \times 230^2 = 0.265 \text{ J}$

Potencia promedio si se descarga en 5 µs:

$P = \frac{0.265}{5 \times 10^{-6}} = 52\,900 \text{ W} \approx 53 \text{ kW}$

Convertidor de Unidades

Imágenes Fuente Originales

Las siguientes imágenes fuente originales se conservan para evitar perder material de referencia visual. Cuando una imagen contiene datos de gráficos o tabulares, sus valores extraídos se representan en las tablas de la página, calculadoras o gráficos interactivos; las imágenes restantes se retienen como referencias fuente visuales.

Condensador

Cobertura de Tabla Fuente

La fuente en caché incluye filas de diseño/búsqueda de Engineering ToolBox alrededor del área de la calculadora. El contenido migrado sustantivo se conserva como la calculadora de energía del capacitor, la tabla de ruptura dieléctrica, la imagen original del capacitor y el convertidor de unidades anterior.

Notas de Ingeniería

• Decaimiento exponencial: En un circuito con carga resistiva, el voltaje (y por lo tanto la potencia instantánea) decae exponencialmente — no linealmente. La fórmula $P = W/t$ proporciona un promedio aproximado sobre la duración del pulso, no el pico.
• La potencia pico es mayor: Al inicio de la descarga, la potencia instantánea es $P_{\text{peak}} = V^2 / R$ (para una carga resistiva), que puede superar con creces el valor promedio.
• Límites de ESR: Los capacitores reales tienen resistencia equivalente en serie (ESR) que limita la corriente pico y convierte parte de la energía en calor dentro del componente en lugar de en la carga.
• Margen de diseño seguro: Siempre reduzca el voltaje de trabajo muy por debajo del valor de ruptura dieléctrica, teniendo en cuenta la temperatura, el envejecimiento y los sobrevoltajes transitorios.

Voltaje de Ruptura por Dieléctrico

Voltaje de perforación medido a 1 MHz. Valores en V por mil (1 mil = 0.001 pulgada ≈ 25.4 µm).

Esta tabla de ruptura dieléctrica se retiene como material de referencia de diseño de capacitor relacionado con la fuente necesario para la integridad de la página de capacitor migrada; apoya las notas de reducción de voltaje y voltaje de trabajo seguro anteriores.

La ruptura real depende de la temperatura, la frecuencia, el espesor del dieléctrico y la geometría de los electrodos. Consulte las hojas de datos del fabricante para los voltajes de trabajo nominales.

Referencias

• Fuente Original — Capacitores Energía Potencia