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Condensadores: Alimentación

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¿Qué es un condesador? Combinaciones y tipos.

Texto: Redacción

Un condensador es un componente electrónico pasivo que almacena carga eléctrica: es un almacén de energía. Su capacidad de almacenamiento se mide en Faradios, en honor al físico y químico británico Michael Faraday al que debemos los principios que hacen funcionar los motores eléctricos y los procesos de electrolisis (como el cromado o el anodizado). Pero el Faradio, que por cierto se escribe en mayúsculas como todas aquellas unidades relacionadas con el nombre de alguna persona (como Watio o Julio y al contrario que metro o kilogramo) es una unidad enorme: representa la capacidad de un condensador que al ser polarizado (conectado) a una diferencia de potencial de un Voltio, adquiere en su interior una carga de un Culombio, es decir, que se movilizan aproximadamente seis millones de billones de electrones (un seis con 18 ceros detrás). Por ese motivo se usan siempre fracciones de esta unidad; lo más habitual es que sean micro-Faradios (una millonésima parte), nano-Faradios (mil millonésima parte) o pico-Faradios (billonésima parte de un Faradio).

Después de esta ensalada de unidades y cifras, seamos algo más “terrenales”. Vimos que en las fuentes de alimentación hace falta por un lado filtrar la corriente rectificada (de alterna, procedente del enchufe, a continua, lo que necesitan los aparatos) y por otro lado contar con cierta cantidad de energía almacenada para hacer frente a rápidas necesidades de corriente (al reproducir el golpe de una mano en un tambor, por ejemplo).

FILTROS

Recuerden cómo funciona una fuente de alimentación: un transformador bajaba el voltaje de la red eléctrica (220V) al nivel adecuado al dispositivo (entre 5 y 18V normalmente), y un rectificador convertía esa corriente alterna en la continua necesaria para los aparatos. Pero esa fuente tan elemental ofrece un voltaje todavía muy poco puro: esa corriente continua todavía tiene mucha parte de alterna y es ruidosa, hace falta filtrarla y para eso se usan componentes capaces de almacenar y devolver energía de forma rápida y secuencial (para tomar energía cuando esa corriente continua aún irregular ofrece un pico, y devolverla cuando tiene un valle). Por eso se usan condensadores en esta función, pues precisamente esa es su especialidad (almacenar y entregar energía), y solo con agregar a esa fuente de alimentación un condensador relativamente pequeño apreciaremos una notable diferencia en la calidad de la corriente proporcionada.

Un efecto colateral que se produce en estos casos es un ligero aumento de la tensión (voltaje) debido a que el condensador acerca éste a los picos de aquella onda secuencial, más cuanta mayor sea su capacidad. Es algo que conoce bien cualquiera que haya jugado al scalextric con un alimentador antiguo (que no eran regulados): montar un condensador en un coche le hace ser claramente más rápido, porque le llega al motor un voltaje más alto.

ENERGÍA

Los condensadores son maravillosos: no solo consiguen ese milagro de sacar una corriente continua más limpia de la fuente de alimentación, elevando ligeramente su voltaje de paso, sino que además permiten que esa fuente de alimentación entregue puntualmente más energía de la que está previsto por diseño gracias a su capacidad de almacenar y entregar rápidamente energía.

Esta capacidad se usa mucho en audio, y ante la foto de cualquier amplificador nuestra mirada debe dirigirse, en primer lugar, al transformador principal de alimentación (como en su día comentamos, de ahí viene el “mito” de que cuanto más pese, mejor, cosa que con alimentaciones conmutadas cambia). Pero en segundo lugar, y no menos importante, será ver el tamaño y cantidad de condensadores en la alimentación: un buen banco asegurará una perfecta dinámica y que, por lo menos por la alimentación, ese aparato no se quedará nunca sin aliento...

¿Es posible calcular la energía que almacena un condensador? Por supuesto: la fórmula nos dice que es directamente proporcional a su capacidad y proporcional al cuadrado del voltaje de carga. Por eso es importante fijarse en la capacidad de los condensadores de alimentación, pero también (en realidad más) en su voltaje. Y todo eso irá acorde a su tamaño: basta acercarse a cualquier tienda de electrónica y comparar condensadores de idéntica capacidad pero superior voltaje (mucho más grandes), cuando al aumentar la capacidad el tamaño no aumenta en tal proporción.

TIPOS DE CONDENSADORES

Existen muchas formas de fabricar un condensador, pero el principio siempre es el mismo: dos placas metálicas separadas por una capa aislante. Cuando aplicamos un voltaje a esas placas adquieren una carga eléctrica: positiva en un lado y negativa en el otro (la carga global se mantiene en equilibrio a cero). Cuanto mayor sea la superficie, más grande será la capacidad, por eso se fabrican en materiales que permiten algún tipo de “enrollamiento”.

En fuentes de alimentación se usan sobre todo los de tipo electrolítico, llamados así porque una de las “placas” es un electrolito y la otra la cuba contenedora, generalmente de aluminio; el aislante es una fina capa de óxido de aluminio entre ambos y esto permite contar con condensadores de gran capacidad con tamaños razonables, perfecto para fuentes de alimentación.

Por su construcción son polares, es decir, vienen siempre marcados sus bornes (positivo y negativo) y si se conectaran incorrectamente al circular corriente esa capa de óxido desaparecería, se produciría un cortocircuito entre electrodos, calentándose hasta explotar.

De tamaño relativo mucho mayor son los condensadores de papel (que usan de aislante precisamente papel o papel impregnado en aceite) y los que usan materiales plásticos (polipropileno, teflón, poliestireno...) además de los cerámicos. Su relevancia en fuentes de alimentación es menor y veremos sus aplicaciones en el próximo número.

COMBINACIONES

Un conjunto de condensadores se comportará también como un condensador, pero ¿cómo calcular su capacidad? Aunque puede parecer complicado, en realidad es muy fácil saber cómo combinar varios condensadores: cuando se conecten en paralelo, es decir, en el caso de unos electrolíticos de una alimentación siempre positivo con positivo y negativo con negativo, la capacidad equivalente del grupo es sencillamente la suma de las capacidades de cada uno. Conviene que sean del mismo voltaje y hay que evitar usar jamás un condensador en una aplicación donde pueda estar expuesto a mayor voltaje del que tiene marcado como máximo (el que indica en su exterior).

Para mejorar el filtrado de altas frecuencias es habitual usar en fuentes de alimentación avanzadas (ya sea en la propia fuente o localmente, cerca del circuito a alimentar) varios condensadores diferentes en paralelo: más que para sumar capacidades (el mayor es electrolítico y los otros mucho más pequeños de película), se aprovechan las cualidades de cada tipo frente a dichas altas frecuencias.

Las asociaciones en serie de condensadores (positivo con negativo, o en línea) sí son más complejas de calcular y resultan en un condensador cuya capacidad es el inverso (1/C) de la suma de las inversas de las capacidades individuales. En un ejemplo fácil: dos condensadores de 10 microFaradios en serie resultarían en uno de cinco.