Un condensador electrolítico, también conocido como condensador polarizado, tiene una de las capacitancias más altas en comparación con otros tipos de condensadores. El condensador electrolítico es el único tipo de condensador que se utiliza actualmente. En este artículo hablaremos sobre los fundamentos del condensador electrolítico: qué es, cómo se construye, cómo funciona y dónde se utiliza.
¿Qué es un Condensador Electrolítico?
Un condensador electrolítico, o capacitor electrolítico, es un condensador que utiliza una película de óxido hecha de aluminio, tantalio u otro metal oxidable como dieléctrico. Debido a su potencial para una gran capacitancia, este tipo de capacitor se usa ampliamente en circuitos de suministro de energía y aplicaciones similares.
Hay dos categorías principales, que utilizan un electrolito a base de agua (húmedo) o un electrolito sólido. Estas categorías se pueden subdividir aún más como se muestra a continuación. Los condensadores electrolíticos normalmente tienen polaridad, pero también existen tipos no polares.
Electrolito húmedo
- Condensador electrolítico de aluminio (tipo húmedo)
- Condensador electrolítico de tántalo (tipo húmedo)
Electrolito sólido
- Condensador electrolítico tipo dióxido de manganeso
- Condensador electrolítico tipo semiconductor orgánico
- Condensador electrolítico tipo conductor de alto polímero
Símbolo del Capacitor Electrolítico
El símbolo del condensador electrolítico se muestra en la siguiente figura. El condensador electrolítico se representa mediante dos líneas rectas paralelas o una línea recta y una línea curva.
Se escribe un signo más o menos cerca de cualquiera de las líneas para representar si es un terminal positivo o negativo (ánodo o cátodo). La tensión debe aplicarse al terminal correcto. De lo contrario, el condensador puede resultar dañado.
Polaridad
Conocer la polaridad de cualquier dispositivo es importante para construir cualquier circuito electrónico. Conectar en el sentido contrario puede destruir el condensador. Aunque algunos condensadores no están polarizados, como los condensadores cerámicos (1 µF o menos), pueden conectarse de cualquier manera.
En algunos casos, el cable positivo del condensador es más largo que el negativo. A veces, los terminales del condensador están recortados, por lo que el usuario debe tener cuidado al conectar el condensador.
Los condensadores de tantalio y aluminio tienen una polaridad marcada con el signo más (+) que indica el lado del ánodo.
Los condensadores electrolíticos de tipo no sólido tienen una polaridad marcada con el signo menos (-) que indica el lado del cátodo.
Los condensadores electrolíticos de tipo sólido constan de una polaridad marcada con el signo más que indica el lado del ánodo, pero está ausente en los condensadores cilíndricos y condensadores SMD.
Por qué Elegir Condensadores Electrolíticos
Un condensador electrolítico puede adaptarse a circuitos de mayor frecuencia que un condensador cerámico debido a sus altos valores de capacitancia. Además, hacen un mejor trabajo que los supercondensadores en el manejo de la corriente de rizado. Y se construyen a bajo volumen, lo que ahorra mucho espacio en una placa, ahorrando costes directos.
Cómo esta construido un condensador electrolítico
La capacitancia de un condensador se calcula usando la fórmula que se muestra a continuación. Como puede verse en la fórmula, cuanto mayor sea el área de la superficie del electrodo y menor la distancia entre los electrodos, mayor será la capacitancia del capacitor.
Para los condensadores cerámicos multicapa y los condensadores de película, se utiliza un dieléctrico de tipo lámina. Por el contrario, el dieléctrico de un condensador electrolítico de aluminio es una capa de óxido formada sobre una superficie metálica mediante un tratamiento superficial electroquímico. La superficie de la lámina del electrodo se vuelve rugosa mediante un proceso de grabado para aumentar el área superficial efectiva y, por lo tanto, la capacitancia.
La figura siguiente es un diagrama de la estructura interna de un condensador electrolítico de uso común. La mayoría de los condensadores electrolíticos (también conocidos como capacitores electrolíticos) son condensadores polarizados que están formados principalmente por dos finas capas de lámina metálica y un espaciador de papel lleno de electrolito. Una capa de óxido dieléctrico actúa como medio dieléctrico, es decir, como aislamiento eléctrico entre las láminas del ánodo y del cátodo.
El supercondensador es un condensador electrolítico único, que suele llamarse condensador de doble capa. Su rango de potencia puede oscilar entre cientos de faradios y miles de faradios.
Características de los Condensadores Electrolíticos
Se caracterizan por una elevada corriente de fuga, una resistencia equivalente en serie y una vida útil limitada. Los condensadores electrolíticos pueden ser de electrolito líquido o de polímero. Suelen estar hechos de aluminio o tantalio, pero también pueden utilizarse otros materiales. La mayoría de los condensadores electrolíticos tienen polarización, lo que significa que la tensión en el electrodo positivo debe ser mayor que la tensión en el electrodo negativo.
Tipos de Condensadores Electrolíticos
Los condensadores electrolíticos se clasifican en tres tipos en función del material utilizado para construir el dieléctrico:
- Condensadores electrolíticos de aluminio
- Condensadores electrolíticos de tantalio
- Condensadores electrolíticos de niobio
En este tutorial se explica el condensador electrolítico de aluminio. Los condensadores electrolíticos de aluminio, tantalio y niobio funcionan de manera similar. Sin embargo, el material utilizado para construir los electrodos es diferente.
Condensador Electrolítico de Aluminio
El condensador electrolítico de aluminio está formado por dos láminas de aluminio, una capa de óxido de aluminio, un papel electrolítico o un separador de papel empapado en líquido o soluciones electrolíticas y un electrolito líquido o sólido. El líquido electrolítico contiene átomos o moléculas que han perdido o ganado electrones.
En el condensador electrolítico de aluminio, el ánodo (+) y el cátodo (-) se construyen con papel de aluminio puro. El papel de aluminio del ánodo está recubierto con una fina capa de óxido de aluminio aislante (elemento de aluminio con elemento de oxígeno). Este papel de aluminio aislante actúa como dieléctrico del condensador electrolítico que bloquea el flujo de corriente eléctrica. El cátodo y el ánodo recubierto de óxido están separados por un papel electrolítico (que está empapado en un líquido electrolítico).
La lámina de aluminio del cátodo también está cubierta por una capa de óxido aislante muy fina o dieléctrica formada naturalmente por el aire. Sin embargo, esta capa de óxido es muy fina en comparación con la capa de óxido formada en el ánodo.
Por lo tanto, la construcción del condensador electrolítico de aluminio se parece a dos condensadores conectados en serie con la capacitancia del ánodo CA y la capacitancia del cátodo CK.
La capacidad total del condensador se obtiene así a partir de la fórmula de la conexión en serie de dos condensadores.
Donde,
- CA = Capacitancia del ánodo
- CK = Capacidad del cátodo
- CCE = Capacidad total del condensador electrolítico
Sabemos que la capacitancia o almacenamiento de carga del condensador es directamente proporcional a la superficie de las placas conductoras o electrodos e inversamente proporcional al espesor del dieléctrico. En otras palabras, los condensadores con electrodos grandes almacenan una gran cantidad de carga, mientras que los condensadores con electrodos pequeños almacenan una pequeña cantidad de carga. Del mismo modo, los condensadores con un dieléctrico muy grueso almacenan una pequeña cantidad de carga, mientras que los condensadores con un dieléctrico muy fino almacenan una gran cantidad de carga.
En los condensadores normales, el dieléctrico es muy grueso, lo que se traduce en una baja capacitancia por volumen. En los condensadores electrolíticos, el electrolito actúa como cátodo real que tiene una gran superficie y el dieléctrico es muy fino. Por lo tanto, debido a la gran superficie del electrodo y al fino dieléctrico, en los condensadores electrolíticos se consigue una gran cantidad de almacenamiento de carga.
La conductividad eléctrica del condensador electrolítico aumenta a medida que sube la temperatura y disminuye a medida que baja la temperatura. Como resultado, la capacitancia o el almacenamiento de carga del condensador electrolítico de aluminio también aumenta a medida que la temperatura sube y disminuye a medida que la temperatura baja. Por lo tanto, la capacitancia del condensador electrolítico de aluminio se ve afectada en gran medida por el cambio de temperatura.
La mayoría de los condensadores electrolíticos están polarizados, es decir, la tensión aplicada a los terminales debe estar en la polaridad correcta (positivo conectado al terminal positivo y negativo conectado al terminal negativo). Si se conecta en la dirección inversa o incorrecta, el condensador puede sufrir un cortocircuito, es decir, una gran corriente eléctrica fluye a través del condensador y eso puede dañar permanentemente el condensador.
En los condensadores polarizados, un signo menos (-) o un signo más (+) está claramente marcado en uno de los dos terminales. Esta polaridad debe respetarse.
Para qué sirve un condensador electrolítico
Los usos de los condensadores electrolíticos son los siguientes:
- Fuentes de alimentación: Los condensadores electrolíticos se utilizan en circuitos de suministro de energía para suavizar las fluctuaciones de voltaje de una fuente y garantizar un suministro de energía constante para un dispositivo eléctrico.
- Equipos de audio: Los condensadores electrolíticos se utilizan en amplificadores de audio y altavoces para aplicaciones de acoplamiento y desacoplamiento, filtrando ruidos no deseados, mejorando la calidad del audio y mejorando la integridad de la señal.
- Arrancadores de motores: Los condensadores electrolíticos se emplean en los circuitos de arranque de motores para proporcionar el impulso inicial de potencia necesario para arrancar los motores eléctricos de diversos aparatos y equipos industriales.
- Balastos de iluminación: Los condensadores electrolíticos se utilizan en balastos de iluminación fluorescentes y de descarga de alta intensidad (HID) para regular la corriente eléctrica que fluye a través de la lámpara, asegurando una salida de luz estable y constante.
- Fuentes de alimentación conmutadas: Los condensadores electrolíticos son esenciales para la regulación y el filtrado de voltaje en aplicaciones como fuentes de alimentación de computadoras, controladores LED y diversos dispositivos electrónicos.
- Equipos de telecomunicaciones: Los condensadores electrolíticos se utilizan para filtrar y acoplar señales, reducir el ruido y garantizar una comunicación fiable en dispositivos como routers, módems y conmutadores de red.
Cómo Leer un Condensador Electrolítico
En el caso de los condensadores comunes, el valor de la capacitancia y la tensión nominal máxima están impresos en la envoltura. Un condensador que lleva impreso «4.7μF 25V» tiene un valor nominal de capacitancia de 4.7μF y una tensión nominal máxima de 25 voltios, que nunca debe superarse.
En el caso de los condensadores electrolíticos SMD, existen dos tipos básicos de marcado. El primero especifica el valor en microfaradios y el voltaje de funcionamiento. Por ejemplo, utilizando esta técnica, un condensador de 4.7 μF con una voltaje de funcionamiento de 25 voltios llevaría la marca «4.7μF 25v».
En el otro sistema de marcado, una letra va seguida de 3 números. La letra representa la puntuación del voltaje según la tabla que figura a continuación.
| Letra | Voltaje |
| e | 2.5 |
| G | 4 |
| J | 6.3 |
| A | 10 |
| C | 16 |
| D | 20 |
| E | 25 |
| V | 35 |
| H | 50 |
Los dos primeros números representan el valor en picofaradios, mientras que el tercer número es el cero absoluto que se aporta a los 2 primeros. Por ejemplo, un condensador de 4.7 μF con una puntuación de voltaje de 25 voltios llevaría el marcado E476. Esto equivale a 47000000 pF = 47000 nF = 47 μF.
Diferencia Entre Condensador Electrolítico y Cerámico
| Condensador Electrolítico | Condensador Cerámico | |
|---|---|---|
| Estabilidad | Los condensadores electrolíticos tienen menor estabilidad que los cerámicos y su capacidad podría alterarse en condiciones de alta tensión y cambios de temperatura. | Los condensadores cerámicos pueden soportar condiciones de alta frecuencia y alto voltaje, manteniendo su capacidad estable. |
| Aplicaciones | Aunque pueden aparecer en la misma aplicación, como la placa base de un ordenador personal, los condensadores electrolíticos realizan un gran trabajo de desacoplamiento/filtrado de baja frecuencia y, por tanto, pueden utilizarse como filtros de baja frecuencia. | Por otro lado, los condensadores cerámicos son una mejor opción cuando se trata de ruido de alta frecuencia. |
| Tamaño y forma | En cuanto a la apariencia, un condensador electrolítico se parece a una lata de refresco de cola con tamaños versátiles. | Los condensadores cerámicos son componentes con forma de disco y tienen el tamaño de una moneda o incluso más pequeño. |
| Polarización | Como se ha mencionado, un condensador electrolítico está generalmente polarizado (pero aún así hay algunos diseñados para su uso en circuitos de CA). | Los condensadores cerámicos no suelen estar polarizados y no requieren una tensión de polarización directa. |
Conclusión
Algunos fabricantes notables de condensadores electrolíticos son Panasonic, Nichicon, Vishay y Kyocera AVX. Estos fabricantes producen condensadores electrolíticos por su papel fundamental en la estabilización de la tensión, el filtrado de señales y la mejora del rendimiento de los circuitos en las aplicaciones electrónicas modernas. A medida que avanza la tecnología, los condensadores electrolíticos siguen siendo componentes esenciales y cruciales en un mundo lleno de electrónica.