Capacitor Leakage Tester

Comprobador de corrientes de fuga en condensadores.

ATENCIÓN. Riesgo de alto voltaje de hasta  600Vcc.

Esta entrada es una revisión particular de un diseño publicado en otros medios, si alguien está intesado en construir dicho esquema será bajo su responsabilidad. Altamente recomendable emplear un transformador de aislamiento previo al circuito y proteger adecuadamente las puntas de prueba. Apto sólo para comprobar condensadores de papel y de film, con voltaje de trabajo desde 100 hasta 600 Vcc.

Este es un pequeño proyecto que ha surgido por necesidad al restaurar la radio Telefunken. Dentro del ámbito de testers para condensadores tenía ya un medidor ESR  para comprobar la resistencia en serie de condensadores, y el multímetro para medir capacitancias hasta 20uF. Y la verdad es que para componentes de equipos electrónicos modernos tenía de sobra para verificar si estaban en buen estado o no, aparte obviamente de la inspección visual, que muchas veces es la comprobación más evidente, sobretodo en condensadores electrolíticos. Sin embargo, con aparatos de mayor antigüedad encontramos otros tipos de condensadores, que esencialmente tienen el mismo proceso de construcción que los actuales, láminas paralelas de metal entre láminas de dieléctrico, pero los materiales de entonces eran totalmente diferentes, y su comportamiento y su durabilidad con el paso del tiempo también lo son.

Sin entrar en gran profundidad en cuántos tipos de condensadores hay, básicamente voy a centrarme en dos grandes grupos, los electrolíticos o “húmedos”, y los “secos”. Tal vez no sea una clasificación muy canónica, pero al menos es fácil de entender a grandes rasgos. Por lo que uno se encuentra al abrir una radio de hace 60 años y compara los componentes con los actuales, básicamente lo que ha cambiado en este tiempo es la mejora sustancial en los materiales empleados y la reducción considerable del tamaño. Y el problema con todos los componentes que están en contacto, o que en su composición tienen líquidos o sustancias orgánicas, es la transformación química y física de sus componentes con el paso del tiempo, que altera el estado original y su funcionamiento. En este aspecto los condensadores "secos" tienen una mayor estabilidad y casi siempre presentan un buen estado de conservación.

Condensadores electrolíticos.

 La ventaja de los electrolíticos es que se puede prescindir de una de las láminas de aislamiento entre placas, ya que en el proceso de fabricación una de las caras de las hojas de aluminio se oxida ex profeso para aprovechar su capacidad aislante, ello permite ahorrar tamaño, o en el mismo tamaño aumentar la capacidad. Por contra ello tiene el problema de la polaridad, y si se instala mal el condensador, con los terminales equivocados, y circula una corriente en sentido inverso al determinado, se destruye este aislamiento y el condensador queda inservible. Hay electrolíticos no polarizados, pero generalmente tienen valores de capacidad menores y mayor tamaño. También se puede conseguir que dos condensadores electrolíticos trabajen como uno no polarizado uniéndolos en serie por el terminal del mismo signo (igual da el positivo o el negativo), a costa eso sí de perder la mitad de la capacidad. Generalmente los condensadores electrolíticos cubren el rango superior de capacidades, desde 1uF hasta más de 4700uF, y los "secos" o de film la escala inferior, desde 1uF hasta pocos picofaradios.

 Condensador de papel y cera.

Como uno es autodidacta, al principio me preguntaba por qué el motivo de emplear en unos casos condensadores electrolíticos polarizados y en otros casos sin polaridad, la realidad es simplemente un problema de capacidades y tamaño, y el hecho de la polaridad es más bien un inconveniente. A veces cuesta encontrar este tipo de respuestas en libros o webs relacionadas con la electrónica, pero con el tiempo uno va descubriendo misterios por su cuenta. Lo ideal sería que todos los condensadores fueran no polarizados.

Otro aspecto a destacar en el tema de los condensadores que trabajan en equipos de sonido o radiofrecuencia es el tema de las interferencias. Las láminas de metal actúan como antenas que captan ruido, y para evitarlo la capa más exterior del arrollamiento actúa como jaula de Faraday si se conecta a masa. Es por ello que los condensadores antiguos tenían marcado el borne que se conectaba a la chapa externa (outside foil). Ello no indica que sea el polo negativo del condensador, como en un condensador electrolítico, sino que es el lado que generalmente se conectaba al chasis, o en caso de haber otros componentes en serie con él al de menor voltaje o impedancia.

Tras la breve reseña sobre los condensadores me centro en un tipo específico de condensadores que se fabricaron hasta los años 70, los condensadores de papel. No deja de ser curioso que si actualmente las láminas de metal, generalmente aluminio, están separadas por materiales plásticos en los condensadores más comunes (mylar, poliéster, polipropileno, etc.), estos primeros condensadores empleaban papel parafinado o incluso encerado con cera de abeja para separar y aislar las láminas de metal. Exteriormente se forraban con un cartón para darles más rigidez o se cubrían con una gruesa capa de cera o alquitrán para aislarlos, tanto por contacto eléctrico como por motivos de conservación de los materiales. Y éste es el tipo de condensadores que me he encontrado dentro de la radio Telefunken y el motivo de esta entrada. Como indica Paul Carlson en sus videos, este tipo de componentes se degrada con el tiempo por la propia naturaleza del material y lo mejor es sustituirlos directamente. Con el tiempo el papel se vuelve ácido (acético) y pierde sus propiedades aislantes, alterando además la capacidad nominal  y permitiendo el paso a la corriente continua.

 El deterioro de los componentes se agrava con la tipología de construcción de los antiguos equipos electrónicos a válvulas, que emplean altos voltajes (y altas frecuencias), en algunos puntos por encima de 350v AC y  290v DC. Algunos de los condensadores tienen grafiado 1.500vcc, es decir el aislamiento del dieléctrico soporta hasta 1.500 voltios en corriente continua. Un condensador es un componente que deja pasar la corriente alterna pero que se comporta como un circuito abierto frente a la corriente continua, si deja pasar la continua entonces se está comportando como una resistencia, y llegado a ese punto la verdad es que importa poco el saber qué valor tiene esa resistencia o cómo puede afectar al resto del equipo, lo aconsejable es reemplazar ese condensador.

En general casi todos los condensadores de papel que integran la radio al menos resisten 400vcc y de ahí hacia arriba. Y este tipo de condensadores presenta un problema con mis dos medidores habituales, sólo puedo medir la capacidad, pero no comprobar las fugas o conductividad frente a corriente continua de alto voltaje. Si bien Paul Carlson tiene en su canal de youtube un tester para medir fugas (leakage tester), éste me parece un poco complejo de fabricar, más que nada por la dificultad para encontrar los componentes empleados, y porque es muy aficionado a emplear microcontroladores y mini componentes en formato SMD, y según he leído en otros foros que comentan el aparato, lo mejor para comprobar fugas en alto voltaje es precisamente fabricar un tester que aplique alto voltaje.

Para acabar de enmarañar las cosas hay videos de técnicos, o ingenieros de universidad, que en este tipo de equipos aconsejan no modificar o sustituir antiguos componentes, por el tema de la autenticidad, mantener la integridad histórica,...que si aún hay margen de seguridad para la tolerancia del componente...Bueno, mi experiencia en varios ámbitos me dice lo contrario, si algo está mal o medianamente mal no es buena idea mantenerlo, porque nadie sabe cuánto tiempo más va a durar al límite de sus posibilidades. Para invertir tiempo y dinero en un equipo para hacerlo funcional, al menos que lo sea en condiciones de seguridad y durante mucho tiempo. Uno de los principales usos que le pienso dar a la antigua radio es conectar a la entrada de “fono” reproductores de mp3 y CD, y aunque no sea estéreo, al menos disfrutar de alta fidelidad de sonido (espero que así sea).

El problema es que las fugas de corriente en este tipo de condensadores, además de posibles ruidos o pérdidas de eficacia o voltaje en el circuito, pueden ser el origen de cortocircuitos o sobretensiones en otros componentes en serie con ellos a los que pueden destruir o degradar.

  

Recientemente vi otro video del canal de Tomtektest sobre cómo fabricar un tester para probar este tipo de condensadores, que es el que finalmente he construido.

https://www.youtube.com/watch?v=KVkUoljBz80

Es un poco limitado pero muy sencillo de realizar (menos es más). Publicado originalmente en diciembre de 1959 en la revista americana Popular Electronics, y mejorado por Tomtektest para tener dos rangos de medición, tiene componentes fáciles de localizar (de hecho los he conseguido casi todos de reciclaje de otros equipos electrónicos...y de una plancha) y una fiabilidad bastante aceptable por lo que he podido comprobar. Consiste básicamente en generar una corriente continua en alto voltaje (hasta 600V) por medio de un rectificador de media onda doblador con un par de condensadores y dos diodos.

Componentes :

.- 2 diodos 1000v 1Amp

.- 2 condensadores electrolíticos 10uF

.- 1 resistencia 3,3 K  - 2W

.- 1 resistencia 470K – 2W

.- 1 resistencia 330-1000 Ohms – 2W

.- 1 lámpara de neón  NE-2

.- 2 conmutadores 3 contactos (común, L1, L2)

El condensador a comprobar se pone en serie con una lámpara de neón y una resistencia de gran valor (470K), si el condensador tiene fugas la lámpara se enciende de forma permanente, si el condensador está en buen estado sólo hace un breve destello y permanece luego apagada. Si bien en el circuito inicial se establecía un doblador fijo para obtener 300Vcc * de una línea de 110Vac (en EEUU 110-120V es el valor de la tensión de red doméstica), la mejora en el diseño adaptado consiste en interponer un conmutador en uno de los cables de prueba para seleccionar la mitad o el total de ese voltaje rectificado, haciendo variar el rango entre 150Vcc y 300Vcc.

*Los 300Vcc son prácticamente el valor pico de la red, ya que los condensadores de 10uF del tester apenas se descargan, puesto que el consumo de la lámpara de neón es muy bajo. Otra de las mejoras susceptibles de aplicar a este tester es el voltaje suministrado con el que testear los condensadores. En el caso de la corriente en Europa a 230V los dos rangos de medición oscilan entre casi 300Vcc y 600Vcc. Si previo al tester interponemos un transformador reductor o un Variac se pueden tener más rangos de voltaje para medir condensadores de otros valores, no obstante casi todos los que he visto en la radio tienen valores nominales de 400vcc o 1500vcc que son perfectamente medibles a 300Vcc y 600vcc.

Prueba de condensador de papel de 330nF a 600v, fugan unos 100v a través de él y se enciende el neón.

Como medida de seguridad conviene tener un transformador de aislamiento para no tener sorpresas desagradables con estos voltajes, además en las puntas de prueba hay que procurar disponer unas fundas de termo retráctil para que los bornes de los condensadores a probar no queden expuestos. Otra de las mejoras que he introducido es la de un conmutador para descargar los condensadores después de probarlos, para que lo hagan de forma controlada a través de una resistencia de más de 330 ohms y de un par de watios (hay quien los descarga a lo bruto cortocircuitando con un cable o un destornillador, pero no es mi estilo). De momento y a la espera de que me llegue una caja de contactos lo he montado en una pequeña fiambrera. La prueba con el dimmer para intentar tener un rango de voltajes ha sido infructuosa, no funciona adecuadamente la regulación en este caso al haber tan poca carga. No obstante puede que intercalando resistencias en serie con las puntas de prueba y un selector pueda conseguir ampliar el rango de voltajes a testear.

Y una vez todo montado no quedaba más que comprobar componentes, y lamentablemente todos los condensadores de papel de la radio presentan fugas, en mayor o menor medida, pero todos fallan el test. La búsqueda de reemplazos ha sido un poco frustrante, el reemplazo actual de los condensadores de papel son los de polipropileno o poliéster (film metalizado), y si bien en el condensador físico de la radio están indicados los valores de capacidad y tolerancia, el voltaje de trabajo no está tan claro. En el listado de componentes original de Telefunken la nomenclatura para indicar los componentes es algo confusa. Los electrolíticos sí están bien definidos en cuanto a capacidad y voltaje, en cambio para el resto hay códigos numerados, algunos números hacen referencia a la capacidad, en otros la tolerancia, a la norma DIN...y en otros hay que intuir los valores del voltaje. El esquema del circuito ayuda un poco, porque en él en algunos sectores se marca el voltaje y la intensidad que circula por ellos, de lo que he deducido por mi cuenta y de algunos valores que sí están marcados en los condensadores reales de la radio, es lo siguiente:

Condensadores de papel

Papel anti-inductivo 40 075 20/ 4,7K = 4,7 nanofaradios  V?    >400V

Papel anti-inductivo 40 150 20/ 470  = 470 picofaradios  V?     >400V

Papel blindado   40 075 20/ 330K = 330 nanofaradios  V?   >400V

Papel blindado   41 075 10/ 10K  =10 nanofaradios   V? Cobertura cristal >400V

El tipo 41 Tiene un cable de puesta a tierra adicional, se aprecia que debe ser un mallado similar al de los cables de antena que recubre el condensador y es independiente del borne. En cuanto a tolerancias hay condensadores entubados en vidrio con las letras en oro y otros con las letras en plata, todos tienen marcada la línea de borde (outside foil) y comprobándolos con el osciloscopio las líneas se corresponden con la capa externa de menor ruido. Su reemplazo serán los de polipropileno axial, también son adecuados los no axiales tipo MKP o poliéster. En cuanto al código 40 075 y 40 150... en antiguos condensadores suele indicar rango de temperaturas de trabajo en ºC, -40ºC + 75ºC; + 150ºC, pero en este caso no he encontrado si realmente es así o es un código de fábrica. En los condensadores reales también aparece también la nomenclatura D / EH, ignoro si hará referencia al voltaje. Por el tamaño del condensador y comparándolos con los axiales actuales, y por los valores de  condensadores de la radio deberían ser de 1.500V, al menos en dos de los que están indicados voltajes en el propio condensador así es, son de papel anti-inductivo, con nomenclatura en la lista de piezas 40 075 20 /47K y 40 075 20 /22K que son de 47nF y 22nF y 1.500V.

Condensadores de poliéster

Styroflex  200 / 2,5 / 125  DIN 41387 = 200 picofaradios   2,5% tolerancia, 125 V

Styroflex    50 /  10 / 250  DIN 41387 = 50 picofaradios 10,0 % tolerancia, 250 V

Styroflex    160 /  5 / 125  DIN 41387 = 160 picofaradios  5,0 % tolerancia, 125 V

En estos sí que está más clara la descripción. Probados in situ con el multímetro (medición de capacidad) prefiero no tocarlos, casi todos están en los circuitos de sintonía. Teóricamente han de estar en mejor estado que los de papel, puesto que los materiales plásticos de esa época tenían mejor estabilidad. El reemplazo actual también serían los de poliéster o polipropileno.

Condensadores cerámicos

Cerámico    47 /  10 / 250  DIN 41375     =    47  picofaradios  10,0 % tolerancia, 250 V

Estos suelen ser muy estables, no obstante en la antena y la toma de tierra he de comprobarlos y por si acaso poner algunos de seguridad X2 Y2

Montaje final.

Piezas del montaje final:

Transformador de aislamiento 220V-220V 20W

Caja de 160x90x70mm

Multímetro “low  cost” (más barato que comprar un voltímetro ex profeso)

Conmutador 7 posiciones

Interruptor  on-off

Interruptor 3 posiciones (1-0-2)

Porta-fusibles y fusible 2,0 Amperios (0,5 y 1,0 también sirven)

Cables, fundas termo-retráctil en varios diámetros

 Abajo a la derecha la electrónica del multímetro económico, que al final he sustítuido por una resistencia de 3,3Megas.

Tras el fracaso con el dimmer para actuar como regulador de voltaje, he tenido que recurrir a otra solución. Me interesa regular la tensión de prueba dado que hay condensadores con voltajes de trabajo inferiores a 630V, y dentro del rango entre 100 y 600V (la lámpara de neón necesita como mínimo 90V para encenderse), he optado por instalar un conmutador de 7 contactos y resistencias para hacer varios escalones de voltaje. Con esto he tenido un problema, y es que las pruebas iniciales de medición de voltajes las hice con el multímetro digital (que tiene unos 10M de resistencia para la lectura de hasta 1000V) y para el montaje final quería emplear el voltímetro de un multímetro analógico económico. La ventaja del voltímetro es no tener que tener otro instrumento en la mesa y la utilidad reside en ver, cuando un condensador está defectuoso, cuántos voltios deja pasar a través de él, para en un momento dado evaluar si es crítico o no el conservar ese elemento en el circuito a reparar. No se requiere gran precisión para esta comprobación, el resultado de la prueba es más bien "pasa o no pasa el test", y la intensidad con que se enciende el neón también da a entender que cuanto más alta es más fugas tiene el condensador.

El problema es que el voltímetro en rango de 500V necesita una resistencia interna de unos 3,0M y todas las resistencias que había calculado a ensayo-error con el multímetro digital no me servían para esa escala, y además con el galvanómetro pierdo 100V de los 600V que entregaba el tester con el multímetro digital, de manera que el rango del esquema original de 300V-600V pasa a ser de 250V-500V. Al final he tenido que repetir las pruebas de las resistencias para determinar aproximadamente los siguientes escalones de carga:

100V   resistencia 3,3M (1/4W) en la línea de 250V

150V   resistencia de 1,5M (1/4) en la línea de 250V

200V   resistencia de 470K (1/4) en la línea de 250V

250V   línea directa de 250v

330V   resistencia de 1,0M (1/4) en la línea de 500V

400V   resistencia de 640K (1/4) en la línea de 500V

500V   línea directa de 500V

Para la carátula he impreso una hoja A4 adhesiva que luego he plastificado, ahora pienso que debía haber dejado una nota a la izquierda indicando “PELIGRO 600V” con el correspondiente símbolo de riesgo eléctrico. 

 Comparativa entre un condensador nuevo y uno de hace sesenta años deteriorado. La luz sólo debe emitir un breve destello, el tiempo que tarda en cargarse el condensador. Si el neón se mantiene encendido es que el condensador está dejando pasar corriente a través de él. En condensadores de mayor capacidad (no electrolíticos), como los de condensadores de motores y los de los estabilizadores de tensión (con valores de hasta 14 microfaradios y más) tarda varios segundos en desvanecerse la luz, siempre que estén en buen estado. Se pueden probar condensadores electrolíticos descargados respetando la polaridad de las puntas, pero el principal uso de este tipo de tester es probar condensadores de papel y equivalentes de polipropileno o film.