Caso práctico: Sustitución de un capacitor dañado

• Escenario: Caso práctico: Sustituir un capacitor dañado
• Objetivo: Identificar un capacitor electrolítico defectuoso en una red RC de retardo y sustituirlo por uno nuevo, comprobando el efecto en el encendido gradual de un LED y en las mediciones.
• Topología (resumen): Filtro RC pasivo (R en serie desde +5 V al nodo, C a GND), con carga LED en serie (R_LED + LED) desde el mismo nodo a GND.
• Mediciones (resumen): Tensión en el nodo del capacitor V_C(t) y caída en R_LED (V_RLED+ − V_RLED−) para estimar I_LED y el tiempo de carga (≈63% en 1·τ).

Materiales

• 1 × Fuente de alimentación regulada de +5 V (500 mA o más)
• 1 × Protoboard y juego de cables
• 1 × Resistencia R1 = 100 kΩ (¼ W)
• 1 × Resistencia R_LED = 220 Ω (¼ W)
• 1 × LED rojo 5 mm (LED1)
• 1 × Capacitor electrolítico C1 = 47 µF, 16 V (defectuoso, a reemplazar)
• 1 × Capacitor electrolítico C1 (repuesto) = 47 µF, 16 V (nuevo)
• 1 × Multímetro digital (DMM)
• 1 × Cronómetro o temporizador (puede ser del móvil)
• Opcional: Pinzas/caimanes y gafas de seguridad

Guía de conexionado

• Identifica las abreviaturas de medida que verás en el esquema:
• V_C: tensión en el nodo común entre R1, C1 y la rama del LED, medida respecto a GND.
• V_RLED+: tensión en el terminal superior de R_LED, respecto a GND.
• V_RLED−: tensión en el terminal inferior de R_LED (entre R_LED y LED1), respecto a GND.
• Para obtener la caída en R_LED: V_RLED = V_RLED+ − V_RLED−; y la corriente por el LED: I_LED ≈ V_RLED / R_LED.
• Coloca R1 entre +5 V y el nodo principal (donde se medirá V_C).
• Conecta C1 (el capacitor a reemplazar) entre el nodo V_C y GND. Respeta la polaridad: negativo de C1 a GND, positivo al nodo.
• Conecta la carga LED: desde el nodo V_C baja R_LED y, a continuación, LED1 hacia GND. Orientación del LED: ánodo (pata larga) hacia R_LED, cátodo (pata corta y/o lado plano) hacia GND.
• Lleva todas las tierras a un mismo riel GND de la protoboard.
• Prepara el DMM:
• Para V_C: modo VDC, sonda negra a GND y sonda roja al punto V_C.
• Para V_RLED+ y V_RLED−: modo VDC, sonda negra a GND y sonda roja al terminal correspondiente. Luego calculas la diferencia V_RLED+ − V_RLED−.

Esquemático

              +5 V
               │
              ┌┴┐  
              │ │   R1 = 100 kΩ (limitador/carga)
              │ │
              └┬┘
               │ ● V_C
               │
        ┌──────┴───────────┐
        │                  │
       ┌┴┐                ┌┴┐
       │ │                │ │   R_LED = 220 Ω (serie LED)
       │ │ C1 = 47 µF     │ │
       └┬┘ 16 V (a        └┬┘  ● V_RLED+
        │   reemplazar)     │
        │                   │
        │                  ┌┴┐
        │                  │ │   LED1 = LED rojo (ánodo arriba)
        │                  │ │
        │                  └┬┘  ● V_RLED−
        │                   │
        └───────────┬───────┘
                    │
                   GND

Mediciones y pruebas

• Antes de sustituir (con C1 defectuoso):

  • Conecta la fuente a +5 V y GND. Observa el LED: debería encenderse de forma gradual si el retardo RC funciona; un encendido casi instantáneo sugiere C1 degradado (baja capacitancia o alta fuga).
  • Mide V_C:
    • Coloca el DMM en VDC. Sonda negra a GND y roja en el punto ● V_C.
    • Abre/cierra la alimentación y usa un cronómetro para medir cuánto tarda V_C en alcanzar ≈3,15 V (que es el 63% de 5 V). Ese tiempo es una estimación de τ = R1·C1.
    • Con R1 = 100 kΩ y C1 = 47 µF, τ teórica ≈ 4,7 s. Valores muy menores indican pérdida de capacidad o alta ESR/fuga.
  • Estima I_LED:
    • Mide V_RLED+ y V_RLED− en los puntos ● correspondientes (ambas respecto a GND).
    • Calcula V_RLED = V_RLED+ − V_RLED− y luego I_LED ≈ V_RLED / 220 Ω.
    • Compara I_LED en el instante de encendido y tras varios segundos. Un C1 defectuoso puede hacer que I_LED suba demasiado rápido (retardo insuficiente).

• Sustitución de C1:

  • Desconecta la fuente y descarga C1 tocando sus terminales con una resistencia de ~1 kΩ durante 2–3 s.
  • Retira el C1 defectuoso y coloca el nuevo C1 (47 µF, 16 V) respetando la polaridad: negativo a GND, positivo al nodo V_C.

• Después de sustituir (con C1 nuevo):

  • Repite las mediciones de V_C y el cronometraje de τ hasta 3,15 V. Debe acercarse a ~4,7 s.
  • Repite la estimación de I_LED a lo largo del tiempo. Deberías observar una subida más gradual y coherente con el retardo RC.
  • Observa el LED: el encendido debe ser notablemente más suave que con el capacitor defectuoso.

• Criterios de verificación:

  • τ medida dentro de ±20% de 4,7 s.
  • Polaridad correcta del capacitor (sin calentamiento, olor o comportamiento errático).
  • LED sin parpadeos extraños y sin brillo instantáneo.

Errores comunes

• Invertir la polaridad del capacitor electrolítico (puede dañarse o calentarse).
• No compartir un único GND para todas las ramas, causando lecturas inconsistentes.
• Medir “corriente” del LED poniendo el DMM en modo A en paralelo (provoca cortocircuitos). En su lugar, mide V_RLED y calcula.
• Usar un valor de capacitor diferente al especificado y concluir erróneamente que el circuito “no funciona igual”.
• No descargar el capacitor antes de manipularlo.

Seguridad

• Desconecta la alimentación antes de cambiar componentes.
• Descarga C1 con una resistencia (no con un destornillador) para evitar chispas y daño al componente.
• Usa gafas de seguridad al trabajar con electrolíticos; un capacitor polarizado al revés puede ventear.

Mejores prácticas y mejoras

• Si dispones de osciloscopio, visualiza V_C(t) para medir τ con mayor precisión.
• Prueba capacitores de 22 µF y 100 µF para comparar el efecto de C en el retardo.
• Sustituye R1 por un potenciómetro (100 kΩ) para ajustar el retardo sin cambiar C.
• Si el LED enciende demasiado brillante al principio, incrementa R_LED a 330–470 Ω para limitar I_LED.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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