GENERALIDADES

El capacitor de placas paralelas que construí por mayo - junio de 2006 y que explico como ensamblar en esta sección tiene un voltaje máximo recomendado de 7.5 KV RMS. Para garantizar su larga vida es imperativo no llevarlo más allá de este voltaje pues de lo contrario podrían presentarse arcos internos, cosa que muy probablemente provoque una explosión ya que la unidad se llena con aceite mineral y esta sometida a baja presión. Por cuestiones prácticas es necesario construir dos unidades idénticas, cada una con una capacitancia aproximada de 0.022 a 0.024 μF y conectarlas en serie para poder emplear una transformador de 15 KV como fuente de energía. En última instancia deben emplearse SIEMPRE elementos de protección en forma de Explosores de Seguridad (Safety Gap) en cada uno de los capacitores calibrados para activarse a un voltaje no mayor al recomendado. Esto evita que los capacitores estén expuestos a algún sobrevoltaje que los destruiría sin remedio.

Las únicas desventajas de estas unidades son su tamaño y su peso, que son relativamente grandes, y el tiempo que se consume en su construcción. Su funcionamiento es excepcional.

MATERIALES

Los materiales a utilizar en la construcción de este capacitor son los siguientes:

• Dieléctrico: Estireno. Este plástico se vende en grandes hojas de 1.20 x 1.50 m con grosores que van desde 15 milésimas de pulgada (15 mil) hasta 100 mil. Para este proyecto se necesitarán 6 hojas de 15 mil. La elección de este plástico se basa en que es rígido, ideal para capacitores verticales como este, además es muy fácil de cortar y limpiar con un poco de algodón y alcohol. Su factor de disipación, mediante el cual se sabe cuanta potencia se pierde en el dieléctrico respecto al total que procesa el capacitor, es de 0.0002 en el rango de los MHz. Su constante dieléctrica es de 2.5 en el mismo rango de frecuencia.
• Placas Conductoras: Papel aluminio, de preferencia grueso.

Otros materiales utilizados son papel bond (hojas y pliegos), cinta adhesiva de papel, navaja o "cutter", regla o escalímetro, pluma, hilo, algodón, alcohol, guantes (por limpieza, no indispensables).

CONSTRUCCIÓN

Sobre una mesa amplia se colocan pliegos de papel bond limpios hasta cubrir la superficie entera. Con el auxilio del hilo y un poco de cinta adhesiva se marcan algunos puntos de corte y se les une con el escalímetro o regla para después, con navaja en mano se corta cada hoja de estireno en múltiples placas de 30 x 30 cm (uno puede usar guantes para no llenar de suciedad todo el material). Basta con pasar la navaja sobre la línea a cortar, y después se doblar para separar. El resultado son 20 placas por hoja, dando un total de 120 placas las cuales separaremos en dos grupos de 60 placas. A continuación se cortan hojas de papel aluminio, también con navaja, de 26 x 32 cm. De esta hoja rectangular se hace una hoja como la siguiente:

Todas las esquinas del papel deben ser cortadas en forma circular para no tener zonas de riesgo. Como puede esperarse es bastante tardado cortar las hojas de aluminio. En total se cortarán 21 hojas de aluminio.

Lo siguiente es el alineado de las hojas de papel aluminio con las placas de estireno. Para eso se sigue como referencia la siguiente figura:

Dado que las hojas de aluminio se centran en la placa de estireno dejando un borde de 2.0 cm en la práctica quedan 4.0 cm entre bordes de placas. Ahora bien, una vez que la hoja de aluminio se ha fijado con cinta adhesiva al estireno se colocan otras dos placas de plástico, se adhiere otra hoja metálica a la parte posterior de la última placa pero con el extremo saliente en el lado opuesto: entonces se tienen tres placas de dieléctrico de 15 mil entre placas de aluminio, dando como resultado que el dieléctrico tenga un espesor de 45 mil. Este proceso se repite hasta tener 20 dieléctricos de 45 mil de espesor y las 21 placas de aluminio fijas y correctamente alternadas. Una imagen esquemática del capacitor es el siguiente:

Este capacitor en la practica tiene de 22 a 25 nF de capacidad dependiendo de la presión que se le aplique, y fácilmente soporta 7.5 KV de tensión alterna. Este valor es el máximo recomendado para espesores de 45 milésimas de pulgada utilizando estireno, y más generalmente cualquier dieléctrico incluyendo polietileno de baja densidad e incluso polipropileno en caso de que se utilicen estos plásticos en lugar de estireno. Una vez armados los dos capacitores lo ideal es mantenerlos en un lugar lejos del polvo y la humedad hasta que se les coloque en un recipiente adecuado y se les sumerja en aceite mineral.

El conjunto de dieléctricos y metal se ve así:

CONTENEDOR

La fabricación del contenedor para el capacitor puede ser de cualquier material aislante rígido y resistente como policarbonato, acrílico y madera. Generalmente no se emplean los dos primero por su alto costo pero pueden servir para hacer capacitores más vistosos. La madera es la elección ideal, y no necesariamente tiene que ser de buena calidad pues hasta madera de embalaje puede servir si es que se va a pintar. Si se quiere barnizar únicamente entonces puede que si se requiera madera de buena calidad.

Los materiales para el contenedor son los siguientes:

• Media hoja de triplay de 9 mm de espesor
• Pintura o barniz
• Taladro y brocas de 1/8
• Lijas para madera del número 80
• Regla T y escuadra
• Flexómetro o regla de medición
• Resanador
• Espátula
• Clavos de 1/2 "
• Thinner y estopa
• Marcador o lápiz
• Bolsas de plástico transparente gruesas mínimo de 35 x 35 cm (no necesariamente tienen que tener estas medidas)
• Placas de metal, preferentemente aluminio
• 2 Tornillos de 4 x 25 (esa es la denominación que yo conozco) con doble tuerca y rondana
• Manguera de 1/2 "
• 1 cople para manguera de 1/2 "
• 2 hojas de poliestireno expandido (unicel) de 40 x 40 cm y 1 cm de espesor
• Tornillos autorroscables (pijas) de 3 x 16
• 4 litros de aceite dieléctrico para transformador
• Embudo

Una hoja de triplay tiene aproximadamente 1.22 x 2.44 metros, por lo que media hoja basta para fabricar los dos contenedores. Lo primero que se tiene que hacer es resanar la hoja en caso de necesitarse. La madera de embalaje tiene fragmentos de clavos que al extraerse dejan huecos que deben cubrirse con un poco de resanador. Posteriormente se lija la hoja.

Lo siguiente es cortar las piezas de madera necesarias para ensamblar el contenedor. Para esto se cortan las siguientes piezas:

• 1 placa de 34 x 40 cm (Placa A)
• 1 placa de 34 x 32 cm (Placa B)
• 2 placas de 6 x 40 cm (Placas D y E)
• 2 placas de 5 x 34 cm (Placas F y G)

Se obtienen mejores resultados usando regla T y escuadra. Una vez cortadas las piezas se procede a barnizarlas o pintarlas. En caso de que se haga con brocha el barniz se debe adelgazar lo suficiente como para que no se formen grumos; esto obliga a darle dos capas de barniz a la madera. Si se usa pintura de preferencia que sea vinílica.

Lo siguiente es unir las placas de madera y para eso necesitamos los clavos. Las primeras a unir son la placa A con las placas D y E sobre el lado que mide 40 Cm. Las placas D y E van clavadas sobre la placa A como se muestra en la siguiente imagen:

Una vez unidas estas placas se clava la placa F entre ellas como se ve a continuación

Antes de ensamblar la placa G es necesario hacerle algunas perforaciones para colocar los tornillos que sirven de electrodos, desde lo cuales se realizarán las conexiones eléctricas a la bobina primaria. Además debe contar con un orificio para insertar un trozo de manguera de 1/2 " por la cual se insertará el aceite para transformador.

Uno de los orificios para los electrodos se hace a 4 cm del extremo de la placa mientras que el otro se hace a 22 cm del anterior, ambos centrados a lo ancho. El orificio para la manguera se hace en el extremo opuesto, midiendo 1 x 3 cm. Una vez hecho todo esto la placa se clava al resto del conjunto, obteniéndose así un recipiente como el que aparece en la imagen precedente.

Lo siguiente consiste en colocar el capacitor dentro del recipiente. Como este capacitor contiene aceite en su interior hay que colocarlo dentro de una bolsa de plástico de buena calidad, sin imperfecciones por la cuales puedan ocurrir fugas de líquido. Si se puede es bueno revisar las bolsas antes de comprarlas, y mejor aún es usar dos bolsas en lugar de una. Con el uso de bolsas de plástico no se tiene que sellar herméticamente el contenedor. Por otra parte al irse asentando el aceite se llevará al fondo del recipiente cualquier residuo que permanezca en el poliestireno y como no queremos que estos residuos entren en contacto con el capacitor se puede colocar algún tipo de soporte para mantener el capacitor apartado de ellos, como fragmentos de manguera o algún plástico diferente.

Para que las bolsas de plástico no rocen con la madera y puedan perforarse se pone una hoja de unicel en el interior del contenedor, recortándola para que ajuste perfectamente y sobre esta se colocan las bolsas con el capacitor como se aprecia en la siguiente fotografía

Como las secciones sobrantes de papel aluminio de los capacitores que fungen como terminales eléctricas no son tan largas ni resistentes para unirse con los tornillos de 12 x 25 entonces se utilizan placas de aluminio para esto. El corte de estas placas lo dejo a elección de ustedes. En mi caso yo utilicé una placa que une a presión una terminal del capacitor con una tira de papel aluminio; el extremo sobrante de esta tira esta sujeta, también a presión, con otra placa de aluminio la cual va sujeta al contenedor por medio de los tornillos de 12 x 25 que funcionan como electrodos. Aquí hay que poner especial atención: de acuerdo con mi experiencia la manera más sencilla de ejercer la presión suficiente para que las tiras de papel aluminio queden firmemente sujetas con las terminales del capacitor así como con los electrodos (para que no se produzcan falsos contactos que generen chispas que hagan arder el aceite) es usando tornillos en las placas de aluminio. Estos tornillos deben ser cortos, lo necesario como para que no perforen las bolsas de plástico al momento de cerrar el contenedor y produzcan fugas de aceite, cosa bastante sucia y molesta. En la anterior imagen se muestra como están dispuestas dichas placas y tornillos. La manguera y el cople se fijan como se ve en la misma fotografía: entran por el orificio adecuado y se colocan dentro de la bolsa de plástico, por un lado del capacitor.

La hoja de unicel restante se recorta para tener dimensiones de 34 x 31 cm y se coloca sobre la bolsa que contiene al capacitor dejando a la vista la sección donde está la manguera. La última placa de madera, la placa B, se fija con pijas atornilladas al contenedor dejando visible la manguera y el cople también (las pijas deben ser de las más pequeñas que se encuentren y de más de 1 cm de largo). Se debe ejercer presión sobre el capacitor para evitar que se mueva y para minimizar la cantidad de aceite usado, además de que se aumenta ligeramente la capacitancia del mismo, más la presión no debe ser excesiva. Si no basta con el unicel para tal propósito se pueden agregar hojas de periódico entre este y las bolsas que contienen al capacitor.

La forma de fijar la placa B es muy clara en la siguiente fotografía

Las pijas van sobre la orilla de la placa B bien centradas en las placas C, D, E y F. En esta imagen no he colocado pijas sobre el lado que mide 40 cm, ni lo hice hasta después que llene el capacitor con aceite, gran error. Además no había ejercido presión suficiente sobre el capacitor y fue por eso invertí mucho aceite, casi 2 litros. Para colmo una de las placas de aluminio que conectan las terminales del capacitor con los electrodos no tenía suficiente presión, había falso contacto entre la tira de papel aluminio y la placa y se producían chispas que ocasionalmente hacían arder aceite, emitiendo una pequeña explosión acompañada por un olor a quemado. Esto me preocupó bastante así que decidí vaciar el capacitor, apretar bien la placa y eliminar ese falso contacto. Si esto fue bastante sucio y molesto porque el aceite dieléctrico no huele muy bien que digamos, algo peor sucedió cuando cerré el capacitor y lo volví a llenar con aceite: al día siguiente note un gran charco de aceite en el suelo. ¡DEMONIOS! Hubo una fuga y fue por culpa de uno de los tornillos que aprietan las placas de aluminio, el cual perforó la bolsa de plástico. Por eso les advierto de esos tornillos en caso de que hagan lo mismo que yo. Para entonces varias hojas de papel aluminio ya estaban rotas por el extremo terminal, y tuve que cortar nuevamente hojas, alinearlas, etc. Fue algo muy penoso y sucio. Así que les advierto que si hacen un capacitor de este tipo, háganlo bien desde el principio y ahórrense problemas.

Volviendo al ensamblado, bueno, una vez colocada la placa B, ¡Listo!, hemos concluido. Si se está seguro de que no habrá fugas y se tiene la presión adecuada (deben medirse alrededor de 0.024 μF de capacitancia) se procede a llenar el capacitor con el aceite para transformador. Empleando el embudo se vierte lentamente el aceite hasta que su nivel sobrepase por 1 o 2 cm al capacitor. Esta forma de vertir el aceite es muy buena ya que desde el principio desplaza al aire atrapado en el fondo del capacitor y el tiempo de reposo disminuye significativamente. Bastará con uno o dos días para que el aceite desplace prácticamente todo el aire y la corona deje de ser un problema. Sin embargo, si se es desconfiado puede dejarse más tiempo reposando, pero eso sí, siempre manteniendo el nivel del aceite por encima del nivel del capacitor.

Esta es la apariencia definitiva del capacitor. Esas manchas de resanador no debieron aparecer pero bueno, ya qué. Lo único que falta es tapar el cople por el que se vierte aceite y cualquier zona descubierta alrededor del mismo. El capacitor restante se construye de la misma manera así que prepárense.

Como consejos finales, los capacitores hay que cuidarlos mucho, no inclinarlos ni moverlos bruscamente, ni tirarlos si es que no quieren sufrir limpiando el piso. Si es posible deben usarse dentro de un recipiente metálico para contener el aceite que se escape por cualquier fuga. Hay que guardarlos fuera del alcance de los niños y de zonas muy transitadas: no queremos accidentes. Recuerden no sobrepasar sus límites de voltaje recomendados ni usarlos sin explosores de seguridad. Y tómenles muchas fotografías para recordar todo el tiempo y esfuerzo que invirtieron. Si quieren hay me las envían.