El capacitor de alto voltaje es quizás la parte más sensible de una bobina de Tesla. Dado que está sometido a voltajes enormes y a que sus descargas producen corrientes eléctricas del orden de cientos de amperes a frecuencias de cientos de KHz, es una pieza de enorme importancia en el funcionamiento del sistema entero.

En principio, el capacitor es un depósito para la energía proporcionada por el transformador. Además tiene como función, en conjunto con la bobina primaria y el explosor, generar los pulsos de alta frecuencia que hacen funcionar a la bobina.

Dada la naturaleza de su función, el capacitor utilizado debe satisfacer las siguientes condiciones:

• Tener una alta resistencia dieléctrica. Como se trabaja con altos voltajes el capacitor debe ser capaz de soportarlos; primero debe resistir voltaje iguales al pico del transformador, e incluso debe ser capaz de tolerar picos ocasionales de hasta el doble del voltaje de aquel.
• Que el dieléctrico sea apropiado para su uso a radiofrecuencias. Aunque el capacitor se carga con corriente directa o alterna en el rango de 50-60 Hz, su descarga es una oscilación eléctrica de cientos de miles de ciclos por segundo. A estás frecuencias el dieléctrico no debe absorber cantidades importantes de energía pues esta energía naturalmente se convierte en calor, lo cual puede afectar su estructura molecular. Los capacitores comerciales y los caseros de buena calidad tienen como dieléctrico polipropileno, polietileno o poliestireno, plásticos cuyas pérdidas a radiofrecuencias son muy bajas y prácticamente no sufren calentamiento interno. En cambio, el vidrio es un dieléctrico cuyas pérdidas son los suficientemente grandes como para romperlo.
• Tolerar la corriente de descarga. La corriente de descarga de un capacitor es del orden de cientos de amperes y debe ser capaz de resistirlos; de otro modo sufrirá de calentamiento excesivo que podría destruir sus terminales eléctricas y volverlo inservible.
• Tener algún medio para la supresión de la "corona": a los voltajes que está sometido el capacitor se produce emisión electrónica entre las placas metálicas y el dieléctrico. Esta emisión, llamada corona es particularmente intensa en los bordes de las placas conductoras. En caso de que no se suprima, la corona puede producir calentamiento excesivo del dieléctrico, así como ozono y radiación UV, lo que conduce a su deterioro con el consiguiente fallo del capacitor. Por lo tanto es imperativo llenar los capacitores con aceite de buena calidad, bajo en humedad y resistente a la oxidación (que no se eche a perder rápidamente); el aceite mineral es la primera elección (este se vende en presentaciones especialmente diseñadas para transformadores ideales para altos voltajes), aunque también puede usarse aceite vegetal con la condición de cambiarlo regularmente.

Estos son a grandes rasgos las principales características que debe tener un capacitor de alto voltaje a ser usado en el primario de la bobina de Tesla.

Los distintos tipos de capacitores usados en bobinas de Tesla son muy variados, y responden a distintos niveles de costo, eficiencia y disponibilidad, y como no, a la imaginación del mismo aficionado. Por alguna u otra razón, existen algunos tipos de capacitores cuyo uso está muy extendido y generalizado entre los constructores de bobinas de Tesla. A continuación se enumeran.

CAPACITORES DE AGUA SALADA

Estos son los capacitores cuya fabricación y disponibilidad son las más sencillas (o al menos eso se supone) y son toda una muestra de imaginación. Como su nombre lo dice, las placas de este capacitor están formadas de agua salada contenida en un recipiente cuyo dieléctrico puede o bien ser vidrio o plástico. Hoy en día la mayoría de los que usan este tipo de capacitores los fabrican con botellas de vidrio (botellas de cerveza, por ejemplo) o de plástico. En su momento Tesla usó este tipo de capacitores para energizar sus bobinas.

Las principales desventajas que se pueden encontrar en este diseño son el que el agua salada no es el mejor conductor para las corrientes de descarga, además de que se producen reacciones químicas que alteran su apariencia y capacidades de conducción, y las pérdidas dieléctricas en el vidrio en caso de que este sea el dieléctrico utilizado.

CAPACITORES ENRROLLADOS

Estos capacitores se fabrican con dos largas hojas de plástico, generalmente polietileno de baja densidad (PEBD) alternadas con dos hojas conductoras de aproximadamente el mismo largo, y una vez que ambas placas metálicas están perfectamente alineadas se procede a enrollar el conjunto entero hasta terminar con un "tubo" muy compacto y de gran capacidad. Precisamente esta es la principal ventaja de estos capacitores: brindan una elevada capacitancia para el volumen que ocupan (el doble de la capacidad medida con las hojas y metal extendidos).

Estos capacitores son muy buenos en realidad. Sus inconvenientes son el que al tener largas hojas metálicas como placas y estar enrolladas, exhibe propiedades como una "autoinductancia" propia, lo cual limita la corriente de descarga en cierto grado. Además se necesita de una bomba de vacío para poder llenarlo con aceite. Sin embargo son los capacitores caseros más usados, y hay decenas de artículos acerca de como construir uno en toda la red.

Capacitor enrollado. Fuente: http://www.elisanet.fi/dncmrc/mytc.htm

CAPACITORES DE PLACAS PARALELAS

La estructura de estos capacitores es la más simple de todas: constan de dos placas metálicas rectangulares paralelas separadas por una capa de dieléctrico. Para maximizar material y espacio se alternan las placas de metal con las hojas de dieléctrico hasta obtener un conjunto que conforma el capacitor final.

Este tipo de capacitor tiene muchas ventajas que lo hacen la mejor elección de capacitor casero. En primera está el hecho de que la rigidez dieléctrica puede ser fácilmente aumentada engrosando las capas de dieléctrico; esto lleva a una disminución de la capacitancia del banco, lo cual puede ser solucionado fácilmente agregando más placas y dieléctricos. Por otra parte, al no estar enrolladas las placas conductoras se elimina ese efecto de "autoinductancia" que limita la corriente por lo que las descargas de este son más cortas y violentas. En pocas palabras, un capacitor de placas paralelas es un buen capacitor de pulsos. Finalmente, con este tipo de capacitores las conexiones son mínimas, lo que mejora el rendimiento total del banco y reduce a un mínimo las perdidas por efecto Joule.

Las principales desventajas de los capacitores de placas paralelas consisten en que la relación tamaño - capacitancia es mayor que la de capacitores enrollados, además de que su construcción es toda una prueba de paciencia: hay que cortar placas metálicas, las placas de dieléctrico, alinearlas, etc. (Como nota, el mejor material para construir las placas es, en mi opinión, papel aluminio, y para construir las placas de dieléctrico, poliestireno, o simplemente estireno, un plástico blanco rígido fácilmente manipulable.) Sin embargo, estos contras son imperceptibles ante el excepcional desempeño de estos capacitores.

Tengo una inclinación a fabricar solo capacitores de placas paralelas, en especial diseñados para estar orientados verticalmente: en este caso no se necesita de una bomba de vacío para sumergirlos completamente en aceite, aunque si tengo que construir los recipientes para guardarlos. No hay que usar cables de alta tensión ni nada por el estilo para las terminales: solo unos pequeños trozos de aluminio y tornillos.

La imagen de arriba corresponde a uno de los dos capacitores que construí hace tiempo (mayo-junio 2006) inmediatamente después de haberlo llenado con aceite mineral. Los detalles e instrucciones de como construir un capacitor de este tipo se encuentran en la sección Construcción.

CAPACITORES COMERCIALES

Estos son los capacitores con mejor rendimiento y relación tamaño - capacitancia. Están fabricados mediante procesos con un estricto control de calidad, asegurando que los materiales utilizados en su construcción son de la más alta calidad y pureza.

Los capacitores comerciales apropiados para usar en bobinas de Tesla son los capacitores cerámicos de alto voltaje, capacitores de plástico metalizado y capacitores hechos "a la medida" de lo que busca el cliente. Estos dos últimos son particularmente importantes: están fabricados con polipropileno (PP) como dieléctrico, por lo que resisten muy altos voltajes aún para capas muy delgadas de plástico, y poseen una característica muy ventajosa: son capaces de autorecuperarse si el dieléctrico no soporta el voltaje al cual se somete y se perfora.

La principal diferencia radica en los costos: los capacitores de alto voltaje personalizados son muy caros, mientras que los capacitores de plástico metalizado son relativamente baratos y pequeños. El capacitor mostrado arriba es un ejemplo.

Para obtener el voltaje y la capacidad que debe tener el banco a ser usado en el primario de la bobina se hace un ordenamiento de capacitores en serie y paralelo llamado MMC. El ordenamiento en serie tiene como objeto aumentar el voltaje de operación del conjunto, y el ordenamiento en paralelo busca aumentar la capacidad total. Así es posible obtener cualquier capacidad y voltaje que se requiera para la correcta operación de nuestra bobina.

Estos son los principales tipos de capacitores que se usan en bobinas de Tesla. Como siempre, hay que tener sumo cuidado al manipularlos pues estos pueden guardar una carga lo suficientemente grande como para producir una experiencia muy dolorosa o incluso mortal.