Capacitores: tipos y cómo elegirlos

Qué es un capacitor

Un capacitor son dos conductores separados por un aislante, el dieléctrico. Al aplicarle tensión acumula carga de signo opuesto en cada placa, proporcional a la tensión: Q = C · V. La capacitancia C se mide en faradios, aunque en electrónica se usan sus submúltiplos: µF (10⁻⁶), nF (10⁻⁹) y pF (10⁻¹²). La corriente solo circula mientras la tensión cambia, i = C · dv/dt; por eso un capacitor bloquea la corriente continua y deja pasar la alterna, con una oposición que disminuye al subir la frecuencia, la reactancia capacitiva.

La capacitancia depende del área de las placas, de la distancia entre ellas y del material del dieléctrico. Cada tecnología de fabricación es un compromiso diferente entre esos factores, y de ahí salen los distintos tipos.

Los tipos más comunes

• Cerámicos multicapa (MLCC): pequeños, baratos y con muy baja resistencia serie. Ideales para desacoplo y alta frecuencia. Van de pF a decenas de µF.
• Electrolíticos de aluminio: mucha capacidad por poco dinero (de µF a miles de µF). Están polarizados, tienen ESR apreciable, envejecen con el calor y se usan para filtrado de fuentes y almacenamiento de energía.
• De película (poliéster, polipropileno): estables, con pocas pérdidas y buena tolerancia a picos; se usan en audio, filtros precisos, temporización y en la red eléctrica (capacitores de seguridad clase X e Y).
• De tantalio: compactos y estables, pero sensibles a sobretensiones y picos de corriente; requieren un margen de tensión amplio.
• Supercapacitores: capacidades de faradios a baja tensión, para respaldo de memoria o descargas cortas de alta potencia.

Los cerámicos no son todos iguales: C0G, X7R, Y5V

Los cerámicos se clasifican por su dieléctrico con un código normalizado por la EIA. Los de clase 1, como C0G (NP0), son muy estables: su variación con la temperatura es de solo ±30 ppm/°C y casi no dependen de la tensión aplicada; son los adecuados para filtros, osciladores y temporizadores. Los de clase 2 logran más capacidad en poco volumen a cambio de estabilidad: X7R garantiza una variación de ±15 % entre −55 °C y +125 °C, y Y5V puede variar entre +22 % y −82 % en su rango de temperatura. Además, los de clase 2 pierden capacidad al aplicar tensión continua (efecto DC bias): un capacitor X5R o X7R pequeño trabajando cerca de su tensión nominal puede quedarse con una parte importante, a veces menos de la mitad, de su valor marcado. Los fabricantes publican curvas de este efecto para cada referencia.

Cómo elegir un capacitor paso a paso

1. Valor de capacidad: sale del cálculo (filtro, temporización, rizado), considerando la tolerancia.
2. Tensión de trabajo: elige una tensión nominal con margen; es habitual usar al menos 1.5 a 2 veces la tensión máxima del circuito, y más en tantalio.
3. Dieléctrico y tecnología: estabilidad (C0G, película) o capacidad por volumen (X7R, electrolítico).
4. ESR y corriente de rizado: en fuentes conmutadas, la corriente alterna que atraviesa el capacitor lo calienta; la hoja de datos indica la corriente de rizado admisible.
5. Temperatura y vida útil: los electrolíticos especifican horas de vida a una temperatura; cada 10 °C menos de trabajo prolonga notablemente su vida.

Ejemplo 1: energía almacenada

La energía de un capacitor es E = ½ · C · V². Un electrolítico de 1000 µF cargado a 25 V almacena E = 0.5 × 1000 × 10⁻⁶ × 25² ≈ 0.31 J. Parece poco, pero liberada en un cortocircuito de microsegundos produce una chispa y puede dañar pistas o herramientas. Por eso los capacitores grandes de fuentes de alimentación se descargan con una resistencia antes de manipular el equipo.

Ejemplo 2: rizado de una fuente lineal

Tras un puente rectificador de onda completa conectado a 60 Hz, el capacitor de filtro se recarga 120 veces por segundo y entre picos alimenta él solo a la carga. El rizado aproximado es ΔV ≈ I / (f_rizado · C). Con una carga de 1 A y C = 4700 µF: ΔV ≈ 1 / (120 × 0.0047) ≈ 1.77 V pico a pico. Si el regulador que sigue necesita un margen mínimo de entrada, la tensión en el valle del rizado no debe bajar de ese valor; si lo hace, hay que aumentar C o reducir la corriente. Para una red de 50 Hz el rizado sería un 20 % mayor.

Ejemplo 3: capacitores en serie y en paralelo

Las reglas son las opuestas a las de las resistencias. En paralelo las capacidades se suman: 10 µF y 22 µF en paralelo dan 32 µF, con la tensión nominal del menor. En serie se suman los inversos: 1 / (1/10 + 1/22) ≈ 6.9 µF. En serie la tensión se reparte en proporción inversa a la capacidad, así que conviene usar valores iguales y resistencias de equilibrio si se busca soportar más tensión.

Errores comunes

• Invertir un electrolítico: con polaridad invertida se calienta, puede abombarse y llegar a explotar.
• Usar un X7R o Y5V en un temporizador o filtro preciso: su valor cambia con la temperatura y la tensión; usa C0G o película.
• Elegir la tensión nominal justa: los picos y las sobretensiones de encendido superan la tensión nominal del circuito.
• Usar capacitores comunes en la red de 220 V: conectados directamente a la red, deben ser de seguridad clase X o Y.

Aplicaciones reales

• Desacoplo junto a cada circuito integrado (típicamente 100 nF cerámico).
• Filtrado de fuentes lineales y conmutadas.
• Temporización, como en el 555 astable o la constante de tiempo RC.
• Filtros de señal y acoplamiento entre etapas de audio, con la calculadora de filtro RC.
• Arranque y marcha de motores monofásicos y corrección del factor de potencia.