Conocer de qué están hechos y cómo están construidos nos ayudará a comprender por qué fallan y a saber cómo detectarlos en su estado crítico de vejez o sequedad

Introducción

Básicamente, un capacitor, en su expresión más simple, está formado por dos placas metálicas (conductoras de la electricidad) enfrentadas y separadas entre sí por una mínima distancia, y un dieléctrico, que se define como el material no conductor de la electricidad (aire, mica, papel, aceite, cerámica, etc.) que se encuentra entre dichas placas. La magnitud del valor de capacidad de un capacitor es directamente proporcional al área de sus placas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Es decir, cuanto mayor sea el área de las placas, mayor será el valor de capacidad, expresado en millonésimas de Faradios [µF], y cuanto mayor sea la distancia entre las placas, mayor será la aislación o tensión de trabajo del capacitor, expresadas en unidades de Voltios, aunque el valor de capacidad disminuye proporcionalmente cuanto más las placas se separan.

Tecnología de los capacitores electrolíticos

Dentro de la gran variedad de tecnologías de fabricación de capacitores, los electrolíticos son los de mayor capacidad, debido a que se recurre a reducir la separación entre las placas, a aumentar el área enfrentada de las mismas y a la utilización de un dieléctrico de elevada constante dieléctrica.

Los capacitores electrolíticos deben su nombre a que el material dieléctrico que contienen es un ácido llamado electrolito y que se aplica en estado líquido. La fabricación de un capacitor electrolítico comienza enrollando dos láminas de aluminio separadas por un papel absorbente humedecido con ácido electrolítico. Luego se hace circular una corriente eléctrica entre las placas para provocar una reacción química que producirá una capa de óxido sobre el aluminio, siendo este óxido de electrolito el verdadero dieléctrico del capacitor. Para que pueda ser conectado en un circuito electrónico, el capacitor llevará sus terminales de conexión remachados o soldados con soldadura de punto. Por último, todo el conjunto se insertará en una carcaza metálica que le dará rigidez mecánica y se sellará herméticamente, en general, con un tapón de goma, que evitará que el ácido se evapore en forma precoz. 

Un término muy común en la jerga de los fabricantes de capacitores electrolíticos es el de protocapacitor, con el cual se denomina a los capacitores fabricados y ensamblados que aun no se les ha hecho circular una corriente para que se forme la capa de óxido de electrolito. Este término lo utilizaremos más adelante para una mejor comprensión en este mismo artículo.

Cabe aclarar que, si bien existen capacitores con dieléctrico de papel, en el caso de los electrolíticos el papel entre placas cumple la función de sostener al ácido uniformemente en toda la superficie de las mismas.

Diversas fallas en los electrolíticos

Una falla en la uniformidad de la capa de óxido formada en algún punto de las placas produce un cortocircuito o una disminución de la tensión de trabajo del capacitor. Esta condición aumenta una corriente de fuga que provoca el sobrecalentamiento interno y la consiguiente expansión y evaporación del ácido, que al superar por presión el hermetismo del tapón de goma puede destruir por explosión al capacitor.

Si el sellado hermético del capacitor no es bueno, el ácido se seca y deja de actuar como dieléctrico. En este caso, el valor de capacidad se reduce progresivamente.

Un capacitor que en un período de aproximadamente 4 años no recibe tensión (es decir, no se utiliza), comienza a deformarse internamente. En efecto, la capa de óxido de electrolito se reduce por sí misma si el capacitor no es conectado a una fuente de tensión continua, acercándose gradualmente a su condición primitiva de protocapacitor, cuando en fábrica estaba siendo formado. Es por eso que debería tenerse especial cuidado en conocer la fecha de fabricación de estos componentes cuasi perecederos si está por comprar, o preguntar el tiempo de inactividad de un aparato electrónico, si se apresta a repararlo. Un caso similar ocurre cuando se utiliza a un capacitor con tensiones mucho menores a su tensión nominal de trabajo; al estar prácticamente sin polarización de corriente continua, la capa de óxido se irá haciendo cada vez más angosta, hasta provocar la falla del circuito electrónico en donde trabaja.

Al estar los terminales del capacitor unidos por remaches o puntos de soldadura a las placas, existe en ambos casos una cierta resistencia de contacto. Si el capacitor trabaja en una condición de alto rizado (ripple) como, por ejemplo, el filtrado una fuente conmutada (switching), estas uniones eléctricas se calientan y se oxidan. Al calentarse y enfriarse, se dilatan y contraen respectivamente; estas sucesivas contracciones y dilataciones provocarán el aflojamiento de las uniones de los terminales, llegando incluso a dejar al capacitor en un estado de circuito abierto o con intermitencias, comunmente llamadas falsos contactos. Por otra parte, estos falsos contactos producen un sobrecalentamiento, que acelera el proceso, en una especie de círculo vicioso. Esta condición especial es la que suele confundir a los técnicos más experimentados, pues un aparato puede funcionar correctamente en el instante inicial de encendido y fallar al alcanzar apenas unos grados de temperatura y viceversa.

Medición y comprobación de capacitores electrolíticos

Si bien existen varias pruebas y mediciones que pueden realizarse sobre un capacitor, mencionaremos aquellas que especialmente estén al alcance de un técnico estudiante o un profesional reparador y que sean de utilidad para la detección y solución de fallas en equipos electrónicos.

• COMPROBACION DE CONTINUIDAD: se utiliza un óhmetro común para comprobar si el capacitor está en cortocircuito o con fugas de importancia, aunque no se podrá comprobar con certeza que esté a circuito abierto o con intermitencias internas.

• MEDICION DE LA CORRIENTE DE FUGAS: se realiza con una fuente de alimentación de corriente continua que se ajusta a la tensión nominal de trabajo del capacitor y se aplica al mismo a través de un resistor de, por ejemplo, 1K ohms. La caída de tensión sobre el resistor, medida con un voltímetro, o el valor de corriente continua medido con un microamperímetro, luego de producirse la carga inicial, dará idea de la corriente de fuga, que deberá compararse con  la especificada por el fabricante en su hoja de datos. Este tipo de medición resulta útil en los capacitores conectados como acoplo entre etapas de, por ejemplo, amplificadores de audio.

• MEDICION DE LA CAPACIDAD: puede utilizarse un puente LCR o un medidor de capacidad (capacímetro) y su lectura servirá para conocer si el valor de capacidad se encuentra dentro del rango de tolerancia especificada por el fabricante. Un capacitor en muy mal estado debería reflejar dicha condición en su valor de capacidad, sin embargo, en la práctica, una variación del 10 % en el valor de capacidad puede ocultar un daño mayor, de hasta el 120 %, si se elije evaluar al capacitor midiendo su Resistencia Serie Equivalente (ESR). La medición de la capacidad será de mayor utilidad para los diseñadores de circuitos de RF, osciladores, circuitos con ajuste de sintonía, etc.

• MEDICION DE LA RESISTENCIA SERIE EQUIVALENTE (ESR): puede realizarse con un generador de RF generalmente ajustado a una frecuencia de unos 50 a 100 KHz. En serie con el capacitor se debe conectar un resistor igual a la impedancia de salida del generador y en paralelo con él, un milivoltímetro de RF o bien, un osciloscopio. Cuanta más diferencia de potencial exista sobre el resistor, mejor será el estado del capacitor. Las lecturas tomadas sólo servirán para la frecuencia elegida, perdiendo sentido el realizar comparaciones entre valores de ESR medidos a diferentes frecuencias. También puede utilizarse un medidor especializado de Resistencia Serie Equivalente, como el CAPACheck PLUS 735 XL. Un instrumento de este tipo combina todos los instrumentos de laboratorio mencionados en la medición de ESR, ya conectados y ajustados adecuadamente a la misma frecuencia. Esta comprobación permitirá medir la resistencia serie de sus terminales, su unión a las placas, el estado de sequedad del electrolito interno y de la capa de óxido, es decir, cuán lejos está un capacitor de su condición inicial de protocapacitor, y será muy útil para determinar rápidamente el estado dinámico de los capacitores aun conectados a sus circuitos de trabajo.

por Raúl J. E. Aguirre

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