Cómo sustituir capacitores antiguos

Los componentes originales, cuando están en buen estado, suelen ser estables y no están sujetos a la “mortalidad infantil”. Por supuesto que cada uno tiene sus propias opiniones derivadas de su propia experiencia, sin embargo, las respuestas varían de acuerdo a varias razones diferentes: calidad de diseño con el uso de componentes adecuados, tipo y calidad de los materiales, condiciones ambientales durante la vida activa y de almacenamiento del equipo. Veo con frecuencia discusiones referidas a un modelo en particular, y dado que casi cualquier coleccionista de radios antiguas puede estar interesado en este tema, he decidido abrir este tópico genérico, esperando que los lectores añadan sus experiencias personales.

Fallas comunes debidas a capacitores en mal estado

Figura 1 - Capacitores de papel.

La figura 1 muestra una vista general de algunos capacitores de papel. P1, P2, P3 y P4 son tipos de manufactura muy pobre, con cuerpos de vidrio y sellado de brea en los extremos. P1 y P3 muestran el sellamiento derretido y P1 incluso ha perdido la cera de impregnación. P2 muestra el sello de brea suelto, P4 muestra el sello metido hacia adentro. P5, P6 y P7 son capacitores de papel con cuerpos moldeados, algunas veces higroscópicos debido a fallas en el sellado de los terminales o a grietas o rajaduras en el cuerpo. P8 es un capacitor de papel de excelente calidad,  manufacturado alrededor de la década de 1930, con cobertura de cera de abeja: Yo he realizado 12 comprobaciones al azar de los muchos que hay en mi Hammarlund SP110 (1937), siempre verificando valores de aislación superiores a 100 megohms.

 

Figura 2 - Capacitores de film plástico

Si bien se ven similares a los capacitores de papel de la figura 1, los mostrados en la figura 2 están confeccionados con film plástico y su resistencia de aislación es del orden de un gigaohm: no es necesario reemplazarlos, salvo que estén defectuosos! P13 muestra un capacitor de papel antiguo con cuerpo moldeado en fenólico o caucho: misma apariencia que los de mica pero de aislación dudosa dado que fabricantes como Aerovox sabían ya en los años ‘930s cuán crítica la aislación podía llegar a ser.

Mica – La mica, usualmente con armaduras de plata, era usada en capacitores destinados a circuitos de alta estabilidad de RF. El cuerpo fue evolucionando a través de los años desde plásticos termo-formados hasta el epóxy, pero en Europa algunos tipos traían sólo una cubierta de barniz y otros directamente ningún tipo de cobertura. Los capacitores de mica moldeados, como así también los del tipo “dip” usualmente se mantienen en buen estado a través del tiempo. 
 

Figura 3 - Capacitores de Mica

 

Los capacitores de mica mostrados en la figura 3 son usualmente bastante confiables, sobre todo los tipos M4 y M5. Es posible encontrar algunos lotes del tipo M3 fuera de tolerancia, sobre todo cuando las capas de plata se encuentran resquebrajadas y parcialmente aisladas de los terminales (lo cual reduce el valor de capacitancia). Note que el envoltorio de los tipos M1 y M2 también se encuentra en capacitores de film de papel: la identificación del tipo de dieléctrico para capacitores con envolturas rectangulares no es fácil cuando la capacitancia es superior a unos cuantos nano-faradios.

Polietileno o Poliéster (Styroflex) – El poliéster es un dieléctrico de bajas pérdidas y buena estabilidad frente a las variaciones de temperatura. En Europa, los capacitores de poliéster han sido usados como componentes de precisión muy estables en circuitos sintonizados de RF e IF y en filtros de AF. Desafortunadamente, este film no soporta temperaturas superiores a 82ºC y por esta razón la mica ha sido preferida en Estados Unidos. La confiabilidad es muy buena a menos que hayan sido dañados por recalentamiento, por ejemplo durante la soldadura.

Cerámicos – Los capacitores cerámicos tienen un amplio rango de aplicaciones. Según la composición del material cerámico utilizado y su constante dieléctrica, podemos encontrar tipos de baja capacitancia a coeficiente de temperatura controlada, los cuales se ven comúnmente en circuitos de IF y RF; tipos de capacidad mediana y alta usados en aplicaciones de acoplamiento entre etapas y desacople de etapas de RF. La confiabilidad de los capacitores cerámicos es muy alta, si bien el valor de capacidad puede verse alterado debido a la absorción de humedad, este problema se soluciona luego de un corto secado en horno.

Figura 4 - C1: capacitor de poliester, C2 a C4: típicos capacitores cerámicos.

Electrolíticos – En los capacitores electrolíticos, una fina capa de óxido actúa como dieléctrico entre un folio de aluminio y una pasta electrolítica. Estos capacitores usualmente están polarizados y la capa de óxido puede resultar fácilmente destruida o dañada debido a sobretensiones o inversión de polaridad. Las fallas que se observan más comúnmente incluyen: perforación de la capa de óxido o cortocircuitos, comúnmente causados por corriente de drenaje excesiva y baja capacitancia debida a resecamiento del electrolito. Estos capacitores deben ser reemplazados cuando su valor de capacitancia cae por debajo del 80% del valor nominal. La capa de óxido puede dañarse parcialmente cuando el capacitor esta fuera de uso por un largo tiempo, pero puede regenerarse mediante la aplicación de un voltaje bajo durante un tiempo con la idea de limitar las corrientes de fuga a valores seguros al comienzo del proceso. En caso contrario, las altas corrientes de fuga pueden provocar peligrosos aumentos de temperatura, con la consiguiente fuga del electrolito por el agujero de ventilación y un aumento aún mayor de la corriente de fuga, que termina con la destrucción total de la capa de óxido.
 

Figura 5 - Estos capacitores muestran evidentes signos de derrame de electrolito y deben ser reemplazados.

Algunos Consejos

Cuando se trata de localizar capacitores defectuosos, los instrumentos necesarios son un capacímetro y un medidor de aislación. Los multímetros comunes no son efectivos para medir la resistencia de aislación. No es necesario comprar equipamiento caro, dado que una medida aproximada es suficiente indicación de la falla. Yo encontré medidores de aislación adecuados a precios módicos aqui.

Cuando se prueban capacitores electrolíticos, es bueno recordar que la tolerancia que se observa comúnmente al inicio puede ser del orden de -20 +80%

Cuando se comienza la restauración de cualquier aparato antiguo, es aconsejable realizar algunas operaciones preliminares antes de reemplazar componentes. Después de una buena limpieza, una inspección visual nos permitirá compilar una primera lista de partes dañadas, tales como partes de goma endurecida, cables con aislación resquebrajada y capacitores agrietados o rotos que será necesario reemplazar antes de poder realizar la prueba inicial. Como regla general para cualquier equipo que haya estado inactivo por mucho tiempo, 6 meses o más, y sin importar el hecho de que funcionase previamente, se debe ponerlo en marcha con la aplicación de un voltaje reducido, con el objeto de permitir la regeneración de electrolíticos y de los rectificadores de selenio si los hay. Lo más recomendable es operar el equipo a la mitad de su voltaje normal por media hora, monitoreando el +B y observando atentamente que no haya pérdida de fluido en los electrolíticos, recalentamiento de algún componente, zumbidos u otros signos de alarma.

No hay necesidad de reemplazar todos los capacitores, algunos de ellos son usados en circuitos de bajo voltaje, o aplicaciones de media o baja impedancia y su funcionamiento no se ve afectado aunque tengan una pequeña corriente de fuga. Los capacitores de buena calidad, aún aquellos anteriores a la segunda guerra mundial, pueden todavía hoy presentar un excelente aislamiento, con resistencias del orden de centenares de megohm. 

El reemplazo de los capacitores de papel requiere una evaluación cuidadosa del punto del circuito en el que están instalados. El dieléctrico de papel solía funcionar muy bien en aplicaciones de corriente alterna, mientras que el film de poliéster no es tan bueno en la misma aplicación. Para la sustitución de capacitores en aplicaciones de CA dentro del equipo se deben preferir siempre los tipos de “film-foil” o los de polipropileno siempre que sea posible. Algunos ejemplos son los capacitores conectados en paralelo con el bobinado primario del transformador de salida; los de pequeños motores de CA y los capacitores de filtro en los bobinados de alta tensión de los transformadores de poder. En las aplicaciones de filtro de línea de tensión, se deben usar solamente capacitores aprobados UL/CSA/IEC de film-foil o cerámicos.
 

 
Figura 6 Algunos capacitores tipo X2, aprobados para su empleo en la línea de alimentación de red.

En el caso de etapas de salida del tipo push-pull, cuando se reemplaza un capacitor correspondiente a una de las válvulas, es aconsejable hacer lo propio con la otra válvula, instalando siempre capacitores apareados en valor.

Los capacitores usados en etapas de RF o IF ya sean cerámicos, de mica o, en Europa los del tipo Styroflex, son bastante confiables, con la excepción de algunos tipos de mica laqueada. Como regla general, los capacitores de RF no deben moverse ni cambiarse de ubicación a menos por supuesto que estén definitivamente defectuosos.

Cuando se dispone de ellos, los capacitores tipo “dip” de mica son el mejor reemplazo para otros tipos, con la excepción de los tipos cerámicos controlados por temperatura, tales como los N220 o N750 que se encuentran a veces en circuitos resonantes compensados por temperatura. Obviamente, los circuitos resonantes necesitarán una nueva alineación luego de reemplazar capacitores.

Debajo se muestra un diagrama de un pequeño amplificador de audio típico que ayudará a ilustrar como deben reemplazarse los capacitores de acuerdo a su aplicación. Aquí vemos a C1 y C2 como capacitores de filtro de la tensión de fuente B+, C3 usado en la línea de alimentación, C6 usado en un camino de señal de bajo voltaje, C7 en una aplicación crítica de interconexión de etapas y C8 operando a frecuencias de audio.

Un cortocircuito en C1 o C2 usualmente causa que se queme o abra X1 y/o R1. C1 y C2 deben reemplazarse cuando estén defectuosos o cuando el valor de capacidad caiga por debajo de 40 microfaradios por sección.

C3 sólo puede ser reemplazado por otro capacitor de tipo X2 de tipo film-foil o tipo cerámico aprobado; C6 usualmente no requerirá reemplazo a no ser que esté abierto. Hay que probar siempre C7 para verificar que no tenga pequeñas pérdidas que podrían causar que la grilla del pentodo de salida quede polarizada positivamente, lo cual causa además de mal funcionamiento, el acortamiento de la vida útil de la válvula. La manera más simple de asegurar el buen funcionamiento de este capacitor es  medir voltaje de grilla igual a cero en TP1, con la válvula removida de su zócalo. Un capacitor de tipo poliéster metalizado sería un bien reemplazo para C7.

Debido a pérdidas en el dieléctrico, C8 esta sujeto a calentamiento del dieléctrico durante la operación normal y eventualmente puede fallar y verse como P1 y P3 en la Figura 1. El tipo de poliéster metalizado no es un reemplazo adecuando en esta aplicación y deben preferirse los tipos de film-foil (papel + poliéster) o polipropileno para C8, los cuales manejarán adecuadamente la señal de audio presente en el primario del transformador de salida.

This article was edited 15.Dec.09 04:52 by Mario Bermejo .

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Estimado Mario.

La traducción es excelente y se refiere a un tema que me parece de la mayor importancia. Todas las radios antiguas tienen algun inconveniente relacionado con Capacitares.

considere oportuno compartir mi experiencia.

Debido a que las radios que recibo tienen en su mayoría el cableado en tela y es necesario también verificar el mismo, me resulta conveniente desarmar todo el circuito y verificar los componentes. El criterio es reemplazar solamente los componentes que tengan problemas.

Sin embargo aparecen condensadores que no presentan deterioro visible.

A estos los verifico utilizando en siguiente metodo.

Verificación de la aislacion con el tester.

La resistencia medida debe ser muy alta. Como dispongo de un tester que mide conductividad, uso esta escala.

A modo de ejemplo, un condensador de papel, Siemens Olap-Milano capacidad 25.000pF, 1500VDC. Mide 19,5 nS en la prueba de conductividad.

Un condensador nuevo de poliéster de .5uF mide menos de 0,1 nS.

Esta medicion lo pone en la categoría de dudoso.

En ese caso pruebo continuidad utilizando una tension alta.

Para ese fin uso un condensador de 3.3uF que resulta comodo de usar porque tiene postes de conexión y lo cargo a 450 V. Ya desconectado de la fuente, conecto ambos condensadores en paralelo.

Para realizar este ensayo recurro a dos cables con clips cocodrilo en ambas puntas.

Si el condensador pasa esta prueba, utilizando un puente de impedancias mido el valor de capacidad y el factor de perdida. La frecuencia de trabajo del puente es 1Khz..

Ambos valores dan una idea bastante clara del estado funcional.

Ejemplo

Condensador Siemens mencionado arriba

Valor de Capacidad marcado       25.000 pf

Factor de disipación medido         .118

Q equivalente                                   8.5

Factor de disipación medido         .011

Q equivalente                                   90

Dependiendo del uso, podría usarse.

Condensadores de mica moldeada Generalmente aparece una variación en menos de la capacidad marcada. Se comportan en general mejor que los de papel, sin embargo recientemente tuve algunos casos que desvirtúan esta regla.

En cuatro radios Telefunken, modelos 31G, 33W (2) y 33GL, todos los condensadores de mica de bajo valor estaban en mal estado.

Ejemplo Condensador Telefunken marcado CDE 603 100 cm

Factor de disipación medido         .255

Q equivalente                                   3.9

Valor de Capacidad marcado       150 pf

Factor de disipación medido         .001

Q equivalente                                   1000

Desafortunadamente estéticamente es irreemplazable.

En el caso del condensador de cátodo de la válvula de salida, saco el existente y no le pongo nada, como lei por aquí, mejora la calidad de audio.

Aproximadamente la mitad de esta especie esta en corto o con perdidas importantes que producen calentamiento evidente. Sin embargo hay muchos casos en que aparecen en buen estado. Posiblemente haya que atribuir a un buen encapsulado esta virtud. Tal es el caso del bloque de condensadores del receptor Atwater Kent 61.

Es evidente que los filtros que están en mal estado hay que reemplazarlos. Pero que hacer con los que aparecen como buenos.?

Es un hecho que si en tanto tiempo no fallaron, porque habrían de hacerlo en el futuro cercano?

Algunas de estos bloques de condensadores son fácilmente accesibles.

En esos casos prefiero reemplazar todo su interior por unidades de poliéster nuevas, como se ve en la foto adjunta.

Pero cuando el encapsulado esta en buen estado y la medicion de los componentes da valores buenos, prefiero no hacer nada.

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This article was edited 18.Dec.09 00:02 by Jose Vigil .

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Excelentes los comentarios Jose, te felicito esta todo más que claro y veo que sos un conocedor del tema. Voy a adoptar tu método del capacitor de 3.3uF porque yo usualmente los pruebo por aislación y por capacitancia pero siempre he querido hacer algún montaje smple para poder probarlos bajo  alta tensión.

Yo creo que mucho depende de la calidad de manufactura del aparato en cuestión, ahora estoy con una Philco 46-431 y hasta ahora se salvaron tres capacitores, pero esta radio tiene también muchas resistencias que miden 100 o 200% más de su valor nominal asi que digamos que el tema de los capacitores no es el peor problema. En otros casos he encontrado casi todos buenos y esto es más común en radios europeas.

Una aclaración para los amigos restauradores: tener cuidado con los capacitores de la marca "Micamold" que la mayoría NO SON DE MICA, como el nombre parece sugerir. También hay algunos de marca "CHERRY" que por su apariencia pueden sugerir que son de mica pero en realidad son de papel e invariablemente estan malos. Sospechar sobre todo de valores altos, porque en general los de mica son de capacidades pequeñas (del orden de los pf).

Me topé también con esos Telefunken que vos mostras y me pasó lo mismo, creo la falla se debe a ingreso de aire por incorrecto sellado de los terminales en los extremos. Una lástima, debían seguramente ser capacitores de la mejor calidad en su momento, pero claro, seguramente nadie en esa época pensó que iban a durar 80 años!

Un abrazo


Mario

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