(Taller electrónico): Condensadores.

Seguramente os habeis fijado, cuando teneis un circuito eléctronico en vuestras manos, que esta lleno de cilindros habitualmente azules, grises o negros, que se levantan cual edificios por las calles de nuestras ciudades; o tambien otros dispositivos parecidos a las lentejas que nos ponen muchas veces para comer. Aunque os parezca mentira todos estos componentes tan diferentes entre ellos, hacen la misma funcion, almacenar energia sustentando un campo eléctrico. Todos ellos se denominan de una manera: condensadores.

1-CONDENSADORES:

Dentro de los componentes pasivos, quizás el más complejo de todos, por sus características y variedad de tipos, sea el condensador. Por ser un elemento que presenta una impedancia que es función de la frecuencia de la señal, ofrece unas posibilidades que son aprovechadas en la implementación de circuitos electrónicos, donde desarrolla toda su potencia. Este es el tipo de cosas que gusta a los inventores. Capacidad eléctrica y tensión de trabajo (WV).- Cuando dos conductores permanecen próximos entre sí, aparece cierta capacidad entre ellos. La magnitud de esta capacidad es directamente proporcional al área de los conductores, e inversamente proporcional a la distancia de éstos y en el caso de un condensador plano de placas paralelas vale:

donde C es la capacidad en Faradios,  e es la constante dieléctrica y vale 8.85 x 10^-12 Culombios^2/(N x m^2) para el vacío. A es el área de las placas en m^2 d es la distancia que las separa en metros.

Para un condensador dado, si sobrepasamos la tensión de trabajo (Working Voltage, WV) para el que ha sido diseñado, se puede destruir el mismo al producirse un arco eléctrico (chispa) y perforar el dieléctrico. Por este motivo, todos los condensadores tienen asignada una tensión de trabajo. Debemos fijarnos si se refiere a tensión alterna o a tensión contínua, y tener siempre presente este dato cuando trabajemos con tensiones eficaces, pues tendremos que convertir a tensiones de pico. La capacidad de un dieléctrico de soportar una tensión dada sin perforarse, se llama rigidez dieléctrica. El dieléctrico.- En la figura se representa un condensador plano de placas paralelas; el dieléctrico se interpone entre ambas placas, evitando que éstas entren en contacto. Cada dieléctrico posee características diferentes, y es el que confiere las propiedades al condensador, por lo que los condensadores se clasifican por el tipo de dieléctrico que utilizan. En la tabla se dan las constantes dieléctricas de diferentes materiales, relativas a la del vacío, que se toma igual a la unidad (e0= 1). Para el aire seco tiene un valor e= 1.0006

2-TIPOS DE CONDENSADORES:  
Condensadores de aire. Se trata de condensadores, normalmente de placas paralelas, con dieléctrico de aire y encapsulados en vidrio. Como la permitividad eléctrica relativa es la unidad, sólo permite valores de capacidad muy pequeños. Se utilizó en radio y radar, pues carecen de pérdidas y polarización en el dieléctrico, funcionando bien a frecuencias elevadas.

Condensadores de mica. La mica posee varias propiedades que la hacen adecuada para dieléctrico de condensadores: bajas pérdidas, exfoliación en láminas finas, soporta altas temperaturas y no se degrada por oxidación o con la humedad. Sobre una cara de la lámina de mica se deposita aluminio, que forma una armadura. Se apilan varias de estas láminas, soldando los extremos alternativamente a cada uno de los terminales. Estos condensadores funcionan bien en altas frecuencias y soportan tensiones elevadas, pero son caros y se ven gradualmente sustituidos por otros tipos.

Condensadores de papel. El dieléctrico es papel parafinado, baquelizado o sometido a algún otro tratamiento que reduce su higroscopia y aumenta el aislamiento. Se apilan dos cintas de papel, una de aluminio, otras dos de papel y otra de aluminio y se enrollan en espiral. Las cintas de aluminio constituyen las dos armaduras, que se conectan a sendos terminales. Se utilizan dos cintas de papel para evitar los poros que pueden presentar.

Condensadores autorregenerables. Los condensadores de papel tienen aplicaciones en ambientes industriales. Los condensadores autorregenerables son condensadores de papel, pero la armadura se realiza depositando aluminio sobre el papel. Ante una situación de sobrecarga que supere la rigidez dieléctrica del dieléctrico, el papel se rompe en algún punto, produciéndose un cortocircuito entre las armaduras, pero este corto provoca una alta densidad de corriente por las armaduras en la zona de la rotura. Esta corriente funde la fina capa de aluminio que rodea al cortocircuito, restableciendo el aislamiento entre las armaduras.

Condensadores electrolíticos. Es un tipo de condensador que utiliza un electrolito, como su primera armadura, la cual actúa como cátodo. Con la tensión adecuada, el electrolito deposita una capa aislante (la cual es en general una capa muy fina de óxido de aluminio) sobre la segunda armadura o cuba (ánodo), consiguiendo así capacidades muy elevadas. Son inadecuados para funcionar con corriente alterna. La polarización inversa destruye el óxido, produciendo un cortocircuito entre el electrolito y la cuba, aumentando la temperatura, y por tanto, arde o estalla el condensador consecuentemente. Sus patillas pueden encontrarse en dos disposiciones, axial o radial y existen varios tipos, según su segunda armadura y electrolito empleados:

• Condensadores de aluminio. Es el tipo normal. La cuba es de aluminio y el electrolito una disolución de ácido bórico. Funciona bien a bajas frecuencias, pero presenta pérdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de alimentación y equipos de audio. Muy utilizado en fuentes de alimentación conmutadas.

• Condensadores de tantalio (tántalos). Es otro condensador electrolítico, pero emplea tantalio en lugar de aluminio. Consigue corrientes de pérdidas bajas, mucho menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor relación capacidad/volumen.

• Condensadores bipolares (para corriente alterna). Están formados por dos condensadores electrolíticos en serie inversa, utilizados en caso de que la corriente pueda invertirse. Son inservibles para altas frecuencias.

Un gran inconveniente de los condensadores electrolíticos es su relativamente corta duración. Normalmente tienen un período de vida medio de 1000 - 5000 horas, y también se estropean aunque no se utilicen, aunque se alargue su período de vida. Es cuando decimos que un condensador está "seco" y hay que sustituirlo. Otro inconveniente es su gran margen de tolerancia; son normales tolerancias del 20% en este tipo de condensadores. Habitualmente se denomina a este tipo de condensadores "polarizados", pero es un término impreciso. Existen condensadores electrolíticos no polarizados, empleados profusamente en crossovers de baja calidad, y cuyo aspecto es exactamente igual al de los polarizados, o sea, parecen un "bote", pero podemos conectarlos sin atender a ninguna polarización.

Condensadores de poliéster o Mylar. Está formado por láminas delgadas de poliéster sobre las que se deposita aluminio, que forma las armaduras. Se apilan estas láminas y se conectan por los extremos. Del mismo modo, también se encuentran condensadores de policarbonato y polipropileno.

Condensadores de poliestireno también conocidos comúnmente como Styroflex (marca registrada de Siemens). Otro tipo de condensadores de plástico, muy utilizado en radio, por disponer de coeficiente de temperatura inverso a las bobinas de sintonía, logrando de este modo estabilidad en los circuitos resonantes.

Condensadores cerámicos. Utiliza cerámicas de varios tipos para formar el dieléctrico. Existen diferentes tipos formados por una sola lámina de dieléctrico, pero también los hay formados por láminas apiladas. Dependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando hasta las microondas.

Condensadores síncronos. Es un motor síncrono que se comporta como un condensador.

Dieléctrico variable. Este tipo de condensador tiene una armadura móvil que gira en torno a un eje, permitiendo que se introduzca más o menos dentro de la otra. El perfil de la armadura suele ser tal que la variación de capacidad es proporcional al logaritmo del ángulo que gira el eje. Las armaduras son semicirculares, pudiendo girar una de ellas en torno al centro, variando así la capacidad. Otro tipo se basa en acercar las armaduras, mediante un tornillo que las aprieta.

3-FUNCIONAMIENTO:
La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio. La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro- µF = 10-6, nano- nF = 10-9 o pico- pF = 10-12 -faradios. Los condensadores obtenidos a partir de supercondensadores (EDLC) son la excepción. 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 o miles de faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el reloj Kinetic de Seiko, con una capacidad de 1/3 de Faradio, haciendo innecesaria la pila. También se está utilizando en los prototipos de automóviles eléctricos.

4-NOMENCLATURA:
Los símbolos que toman los condensadores en layouts y esquemas son estos:

Normalmente viene impreso su valor en microfaradios y su voltaje en V.. O codificado como C1 o c1 para que después en una lista de componentes puedas comprobar su valor. Te bastará mirar unos cuantos layouts o unos cuantos esquemas para aprender a identificarlos.

5-LECTURA DE VALORES:
Existe una codificación precisa para indicar el valor de las resistencias, el famoso sistema de las bandas de color. Por el contrario, con los capacitores (o condensadores), los fabricantes usan distintos métodos creando a veces un poco de confusión.

Para valores mayores de 1uF (como por ejemplo con los electrolíticos de aluminio o de tantalio) generalmente escriben el valor en el cuerpo seguido por la abreviación de microfarad (uF). Para valores por debajo de 1 uF (1 microfarad) el tema es menos claro. Generalmente se usa una codificación que consiste en un numero de tres dígitos seguido por una letra.

 Antes que los puristas se lamenten, aclaro que la abreviación correcta del microfaradio es el símbolo griego micro (µ) seguido por la letra F mayúscula. Debido a que generalmente cuando uno escribe un texto, no tiene a disposición los símbolos griegos en el teclado o también para evitar que en los distintos pasajes y codificaciones con distintos sets de caracteres a través de internet, este símbolo no sea transcripto erróneamente se tiende a reemplazarlo por la letra minúscula "u" aunque si no debemos olvidar que estamos hablando siempre de la letra " µ " (micro). Otro caso de este tipo es el símbolo Ω (ohm) que a veces se reemplaza con la letra "E" o, frecuentemente, no se escribe.

 Como dicho al inicio, a excepción de los capacitores electrólitos que generalmente superan ampliamente el valor de 1 microfarad, el universo de los capacitores usados en electrónica está compuesto por capacitores con valores que van desde pocos picofarad o pF (capacitores cerámicos o disco que parecen lentejas) hasta los cercanos a 1 microfarad o 1 µF (poliester multiestrato).

 Antes de seguir, refresquemos un poco el tema de los submúltiplos. Un pF (picofarad) es el submúltiplo más pequeño que existe para indicar en modo "práctico" la capacidad. Digo práctico porque existen submúltiplos todavía más pequeños (femto, atto, zepto y yocto) pero no son usados en electrónica. 1 picofarad es 1.000.0000 (1 millón) de veces más pequeño de 1 microfarad (µ F). El motivo por el cual los padres de la electricidad y de la electrónica nos han complicado así la vida creando una unidad tan grande (el farad) que nos obliga a trabajar con semejantes submúltiplos es un misterio para mi.

 A mitad camino entre el picofarad y el microfarad existe otro submúltiplo muy usado que se llama nanofarad y que es 1.000 veces más grande que 1 picofarad y 1000 veces más pequeño de un microfarad (justo a mitad del camino). Recordarse esta relación es importante porque con valores relativamente grandes de capacitores, por ejemplo uno de 1 uF, hablar de él en una descripción como "el capacitor de 1 millon de pF" es medio incomodo y lo mismo vale para un capacitor de 18pF (usado normalmente en los generadores de clock de los microcontroladores) si para indicarlo usáramos el valor 0,000018 uF, (algo bastante ilegible). Por lo tanto, aconsejo a los iniciados en electrónica de recordarse bien la conversión "al vuelo" entre los tres múltiplos (micro, nano y pico).

 Volviendo al sistema de codificación para capacitores entre 1pF y 1uF (la casi totalidad de los capacitores a excepción de los electrolíticos), decíamos que el valor se encuentra indicado con un número de tres dígitos seguido por una letra. Las dos primeros dígitos indican el número inicial mientras que el tercer dígito representa la cantidad de ceros que es necesario agregar al número inicial para obtener el valor final. El resultado obtenido es necesario considerarlo en picofaradios.

 Por ejemplo: una capacitor con el número "472" es de 47 + 2 ceros, o sea 4700 pF (picofarad). Debido a que hemos superado los 1000 picofarad podemos "pasar" de submúltiplo y entonces podemos decir que nuestro capacitor es de 4,7nF. En este caso no nos conviene usar la unidad micro porque el valor no sería fácil de leer (0,0047uF). Con valores más grandes, como por ejemplo los usadísimos capacitores de filtro con el número 104, es decir, 10 + 4 ceros = 100.000 pF o también 100nF, es común que los proyectistas de circuitos usen la indicación 0,1 uF o .1uF (punto uno uF).

 Ahora hablemos de la letra que se encuentra al final del número de tres dígitos. Es simplemente la tolerancia del componente, es decir, cuanto puede ser diverso el valor real respecto al valor indicado. Confieso que, por mucho tiempo no tenía la menor idea de su función y lo he descubierto después de muchos años de electrónica. Probablemente porque trabajando "normalmente" es un parámetro no muy importante. En la figura siguiente podemos observar cada letra a que tolerancia corresponde. Es interesante observar el hecho que algunas letras corresponden a "tolerancias asimétricas" como por ejemplo la "P", es decir, el componente puede tener una mayor capacidad respecto a la indicada pero no una menor. Este tipo de tolerancia es usada con los capacitores de "filtro" donde un posible valor mayor de lo indicado no perjudica mínimamente el funcionamiento del circuito.

 Por último nos falta una información que en ciertos caso podría sernos útiles y que es la tensión máxima que el capacitor puede soportar sin que se rompa. Como sabemos, un capacitor está compuesto por una serie de placas metálicas aisladas entre si. Este material aislante es muy sutil, especialmente en el caso de capacitores de valores grandes. Por otro lado, si la tensión es elevada, existe el riesgo que un arco eléctrico traspase el aislamiento eléctrico entre las placas rompiéndolo y poniendo el capacitor en corto. Por este motivo, el material aislante usado está pensado para trabajar hasta un cierto nivel de tensión máxima y que, en ciertos casos nos sirve saber.

Os dejo la tabla completa de los códigos EIA que indican la tensión máxima de trabajo de los capacitores en tensión continua (VDC)

0G = 4VDC	0L = 5.5VDC	0J = 6.3VDC
1A = 10VDC	1C = 16VDC	1E = 25VDC
1H = 50VDC	1J = 63VDC	1K = 80VDC
2A = 100VDC	2Q = 110VDC	2B = 125VDC
2C = 160VDC	2Z = 180VDC	2D = 200VDC
2P = 220VDC	2E = 250VDC	2F = 315VDC
2V = 350VDC	2G = 400VDC	2W = 450VDC
2H = 500VDC	2J = 630VDC	3A = 1000VDC