Condensador eléctrico

Un condensador guarda carga eléctrica en dos conductores separados por un aislante. Conectado a una tensión se carga, y puede devolver esa carga a un circuito en una fracción de segundo. El primero fue la botella de Leiden, descubierta en 1745 por Ewald von Kleist en Pomerania y a comienzos de 1746 en Leiden. Hoy los condensadores sintonizan radios, alisan fuentes de alimentación y acumulan energía para impulsos breves.

Qué es

Un condensador está formado por dos conductores, llamados placas o armaduras, separados por un aislante, el dieléctrico. Al conectarlo a una tensión, entra carga en una placa y sale una carga igual de la otra, hasta que la tensión entre las placas iguala la de la fuente. Desconectado, conserva esa carga, y cuando sus placas se unen a través de un circuito, la carga vuelve a salir. Su capacidad, la carga que guarda por cada voltio, se mide en faradios, por Michael Faraday. Un faradio es muchísimo: los pequeños condensadores de la electrónica se cuentan en millonésimas o milmillonésimas de faradio.

Un condensador electrolítico: una franja en la funda indica la patilla que va al lado negativo.

Hay condensadores en casi todos los circuitos. Junto con una bobina forman el circuito sintonizado que elige una emisora entre todas las que llegan a la antena de una radio. En las fuentes de alimentación rellenan los huecos de la corriente, y en el flash de una cámara acumulan energía despacio y la sueltan de golpe. El ordenador ENIAC, presentado en 1946, tenía unos 10 000.

Se fabrican muchos tipos, que reciben el nombre de su dieléctrico: aire, mica, papel encerado, cerámica, película de plástico. En un condensador electrolítico el aislante es una película de óxido formada sobre una hoja de aluminio, y como solo mide de 10 a 100 milmillonésimas de metro de espesor, una cápsula pequeña ofrece una gran capacidad. Un condensador así tiene una patilla positiva y otra negativa y debe conectarse en el sentido correcto.

Cómo funciona

La capacidad aumenta con la superficie de las placas que se enfrentan, disminuye al separarlas y aumenta con un aislante que admite más carga que el aire, como el vidrio, la mica o ciertas cerámicas. En el condensador variable de una radio antigua, un juego de placas gira sobre un eje y se introduce entre placas fijas sin tocarlas. Al girar el mando cambia la parte de cada placa que queda frente a sus vecinas y, con ella, la capacidad y la emisora sintonizada.

Un cristal armado: dos hojas de metal en las dos caras de un vidrio forman un condensador.

La energía almacenada crece con la capacidad y con el cuadrado de la tensión: con el doble de tensión, un condensador guarda cuatro veces más energía. Una vez cargado, no deja pasar corriente continua, pero una corriente alterna, que cambia de sentido sin parar, entra y sale de él continuamente. Un condensador devuelve su carga mucho más rápido que una batería. Una batería almacena energía en transformaciones químicas de sus electrodos y la entrega más despacio, pero contiene mucha más para su peso.

Un supercondensador, o condensador electroquímico de doble capa, es otro dispositivo. Sus dos electrodos son de carbono poroso empapado en un electrolito. La carga se acumula en una capa de iones situada a pocas décimas de milmillonésima de metro de la superficie del carbono, sobre una superficie que puede llegar a mil metros cuadrados por gramo de carbono. Por centímetro cuadrado, su capacidad es unas diez mil veces la de un condensador corriente, pero cada celda solo admite unos 3 voltios antes de que el electrolito se descomponga. Almacena de tres a cuatro veces menos energía que una batería del mismo peso, se carga y descarga mucho más deprisa y, en condiciones adecuadas, puede durar hasta un millón de ciclos.

Un condensador puede conservar una carga peligrosa mucho después de que el aparato se haya apagado y desenchufado. Los de televisores, hornos microondas, flashes y fuentes de alimentación pueden dar una descarga mortal. No abra nunca esos aparatos; descargarlos y repararlos es tarea de un técnico cualificado.

Historia y evolución

Las primeras botellas de Leiden eran frascos de agua sostenidos con la mano, con un hilo que atravesaba el tapón.

En la década de 1740, los experimentadores cargaban objetos con máquinas de frotamiento y sacaban chispas de ellos. En 1745, Ewald Georg von Kleist, clérigo en Pomerania, cargó mediante un hilo un recipiente de vidrio con agua y recibió una fuerte sacudida al tocar el hilo mientras sostenía el recipiente; lo comunicó por carta a finales de año. En Leiden, en enero de 1746, Pieter van Musschenbroek y su amigo Andreas Cunaeus hicieron el mismo descubrimiento. Cunaeus sostenía con una mano un vaso de agua unido a la máquina y tocó el hilo con la otra. El 20 de enero de 1746, Musschenbroek escribió a René de Réaumur, en París; el abate Nollet repitió el experimento y leyó la carta en la Academia de Ciencias en abril. El aparato recibió el nombre de botella de Leiden. Pronto se forró por dentro y por fuera con hoja metálica.

Benjamin Franklin estudió la botella en Filadelfia. En una carta a Peter Collinson fechada el 29 de abril de 1749, concluyó que la fuerza de la botella reside en el propio vidrio, y que los conductores de cada lado solo aportan y retiran la carga. Hizo versiones planas, cristales forrados por las dos caras, y unió once grandes vidrios de ventana revestidos de finas planchas de plomo en lo que llamó una batería eléctrica.

Los condensadores del siglo XX nacieron de las necesidades de la radio y la electrónica: papel encerado y hoja metálica enrollados, mica, discos cerámicos y condensadores electrolíticos con sus finas películas de óxido. En 1954, Howard I. Becker, de General Electric, solicitó la patente de un condensador de baja tensión con electrodos de carbono poroso sumergidos en una solución de ácido sulfúrico o de cloruro de amonio; concedida en 1957, indicaba 0,8 faradios para una celda de prueba de 5 cm de largo. La Standard Oil Company of Ohio construyó después celdas con electrolito orgánico cargadas a unos 3 voltios. La empresa japonesa NEC, con licencia de la Standard Oil, sacó a la venta supercondensadores en la década de 1970.