Los condensadores son uno de los componentes básicos más importantes de la electrónica moderna. Desde teléfonos inteligentes y portátiles hasta sistemas de automatización industrial y equipos de energía renovable, casi siempre se encuentran en el corazón del diseño. Para utilizar los circuitos electrónicos eficientemente, es necesario comprender los distintos tipos de condensadores y sus funciones en diferentes aplicaciones.
Los diferentes tipos de condensadores hacen que sus aplicaciones sean muy versátiles. Los tipos más comunes de condensadores se pueden clasificar según su material dieléctrico, polaridad, estructura y aplicación. Cada uno de estos condensadores tiene sus propias ventajas y desventajas, que determinan en qué circuitos son adecuados.
Este artículo presentará sistemáticamente los distintos tipos de condensadores, incluyendo sus estructuras, características, aplicaciones y procesos de fabricación. Tras su lectura, comprenderá mejor los métodos de clasificación y selección de los diferentes tipos de condensadores, y podrá elegir mejor los más adecuados para el diseño electrónico.
¿Qué es un condensador?
El condensador es uno de los componentes pasivos más importantes de la electrónica. En esencia, un condensador es un dispositivo electrónico capaz de almacenar y liberar energía en un campo eléctrico. Está compuesto por dos placas conductoras, con un material aislante llamado dieléctrico entre ellas. Al aplicar tensión a las dos placas, se acumulan cargas positivas y negativas, respectivamente, lo que permite al condensador almacenar energía temporalmente. Este principio fundamental es el mismo en todos los tipos de condensadores.
La fórmula de definición de capacitancia (C) es:
Lugar:
• Q = carga eléctrica (en culombios)
• V = voltaje aplicado (en voltios)
• C = capacitancia (en faradios)
El valor real de la capacitancia depende del tipo de condensador, específicamente del área de las placas, la distancia entre ellas y la constante dieléctrica del material. Por esta razón, los distintos tipos de condensadores presentan características de rendimiento diferentes.
El símbolo estándar de un condensador se representa así: dos líneas paralelas representan condensadores no polarizados, mientras que una línea recta más una curva representan condensadores polarizados. Ser capaz de identificar el símbolo de los condensadores y distinguir los diferentes tipos de condensadores es una habilidad básica para ingenieros, técnicos y aficionados a la electrónica.
Cómo se clasifican los condensadores
Los condensadores pueden parecer similares a simple vista, pero en realidad no son lo mismo. Para comprender mejor los distintos tipos de condensadores, los ingenieros y diseñadores suelen clasificarlos según varios criterios importantes: polaridad, ajustabilidad y material dieléctrico. De esta manera, podemos comparar con mayor facilidad los diferentes tipos de condensadores y seleccionar los adecuados para el circuito.
Tabla de clasificación de condensadores
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Clasificación
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Subcategoría
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Descripción
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Ejemplos comunes / Aplicaciones
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Por polaridad
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Condensadores polarizados
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Tiene terminales positivos y negativos, deben conectarse en la orientación correcta, principalmente para circuitos de CC.
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Condensadores electrolíticos, condensadores de tantalio, condensadores de polímero
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Condensadores no polarizados
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Sin restricciones de polaridad, se puede utilizar en circuitos de CA, ampliamente utilizado para filtrar, acoplar y desacoplar.
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Condensadores cerámicos, condensadores de película, condensadores de mica, condensadores de vidrio
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Por ajustabilidad
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Condensadores fijos
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Los tipos de capacitores más comunes proporcionan una capacitancia constante, son confiables y fáciles de usar.
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Todos los condensadores fijos estándar en circuitos electrónicos
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Condensadores variables
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Permite el ajuste manual o electrónico de la capacitancia, utilizado para una calibración y sintonización precisas.
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Condensadores de sintonización (radios, RF), condensadores trimmer (calibración de circuitos)
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Por material dieléctrico
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Condensadores Cerámicos
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Compacto, de bajo costo, excelente para alta frecuencia.
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Circuitos de alta frecuencia, filtrado, desacoplamiento
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Condensadores de película
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Estable, larga vida útil, buenas características de temperatura.
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Circuitos de audio, temporización, corrección del factor de potencia
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Condensadores electrolíticos
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Capacitancia muy alta, utilizada en fuentes de alimentación.
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Filtrado de fuentes de alimentación, almacenamiento de energía
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Condensadores de tántalo
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Tamaño pequeño, alta densidad de capacitancia, altamente confiable.
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Dispositivos médicos, electrónica portátil
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Condensadores de polímero
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Baja ESR, alta capacidad de corriente de rizado
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Placas base, telecomunicaciones, informática
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Condensadores de mica
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Extremadamente estable, muy preciso.
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Circuitos de RF, sintonización de precisión
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Condensadores de papel
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Tecnología más antigua, sensible a la humedad.
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Equipos antiguos, circuitos antiguos
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Condensadores de vidrio
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Alta estabilidad, resistente al calor, duradero.
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Militar, aeroespacial, entornos hostiles
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Condensadores de aire
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Estructura simple, mayormente variable
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Sintonización de radio, adaptación de antena
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Supercondensadores (ultracondensadores)
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Capacitancia muy alta, puente entre capacitores y baterías.
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Energía de respaldo, recuperación de energía, frenado regenerativo
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Principales tipos de condensadores y sus características
Existen varios tipos de condensadores, y cada uno difiere en su estructura, rendimiento y aplicación. Para facilitar la comparación y la comprensión, la siguiente tabla resume las características clave y las aplicaciones típicas de los principales tipos de condensadores, lo que facilita a los ingenieros y aficionados a la electrónica la selección rápida de los componentes adecuados.
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Tipo de condensador
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Polaridad
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Rango de capacitancia
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
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Costo / Tamaño
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Aplicaciones típicas
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Condensadores Cerámicos
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No polarizado
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1 pF ~ varios µF
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Excelente rendimiento de alta frecuencia, ESR bajo; Clase 1 (estable, baja pérdida), Clase 2 (mayor densidad, menos precisa)
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Muy pequeño, de bajo costo
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Desacoplamiento de PCB, circuitos de RF, supresión de ruido de motores, filtrado de fuentes de alimentación
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Condensadores de película
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No polarizado
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nF ~ cientos de µF
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Alta estabilidad y precisión, larga vida útil, autocuración.
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Más grande que la cerámica, más caro.
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Supresión de EMI, audio de alta fidelidad, corrección del factor de potencia, filtrado de alto voltaje
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Condensadores electrolíticos
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Polarizado
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µF ~ miles de µF
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Capacitancia muy alta, ESR más alto, vida útil limitada (evaporación del electrolito)
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Tamaño mediano, precio bajo.
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Suavizado de fuente de alimentación, bloqueo/acoplamiento de CC, amplificadores de audio, filtrado de ondulación
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Condensadores de tántalo
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Polarizado
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µF ~ cientos de µF
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Alta densidad de capacitancia, estable y confiable, riesgo de cortocircuito.
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Muy pequeño, caro
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Dispositivos móviles, ordenadores portátiles, electrónica médica, circuitos de temporización.
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Condensadores de polímero
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Polarizado
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µF ~ cientos de µF
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ESR muy bajo, alta capacidad de corriente de ondulación, larga vida útil
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Mayor costo, voltaje limitado
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Placas base, tarjetas gráficas, SSD, telecomunicaciones, convertidores CC/CC de alto rendimiento
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Supercondensadores (ultracondensadores)
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Polarizado
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mF ~ miles de F
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Capacitancia extremadamente alta, carga/descarga rápida, alta corriente de fuga.
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Gran tamaño, clasificación de bajo voltaje
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Energía de respaldo, frenado regenerativo, almacenamiento de energía renovable, sistemas integrados
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Condensadores de mica
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No polarizado
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pF ~ cientos de pF
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Muy preciso, altamente estable, pérdida dieléctrica muy baja.
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Gran tamaño, caro
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Circuitos de RF, resonadores, osciladores, sincronización de precisión
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Condensadores de papel
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No polarizado
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nF ~ µF
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Tecnología obsoleta, sensible a la humedad.
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Bajo costo, mayormente obsoleto
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Audio clásico, circuitos de alto voltaje heredados
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Condensadores de vidrio
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No polarizado
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pF ~ nF
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Extremadamente estable, resistente al calor, muy confiable.
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Muy grande, muy caro.
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Aeroespacial, amplificadores de RF, circuitos de microondas
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Condensadores de aire
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No polarizado
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pF ~ cientos de pF
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Estructura simple, mayoritariamente variable
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Pequeña capacitancia, voluminoso
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Sintonización de radio, adaptación de antenas, osciladores de RF
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Condensadores variables
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No polarizado
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pF ~ cientos de pF
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Capacitancia ajustable (tipos de ajuste y trimmer)
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Generalmente más grande
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Sintonización, calibración y ajuste de precisión de radio
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Procesos de fabricación de condensadores
El método de fabricación de los condensadores influye directamente en su rendimiento, fiabilidad y coste. Los distintos tipos de condensadores adoptan distintos procesos de producción, por lo que sus características y aplicaciones también pueden variar considerablemente.
Condensadores electrolíticos
Generalmente, la lámina de aluminio se graba primero para aumentar su superficie y, posteriormente, se forma una fina película de óxido sobre su superficie mediante oxidación anódica. Esta capa de óxido constituye el dieléctrico del condensador.
A continuación, enrolle el papel de aluminio junto con el papel separador y luego inyecte el electrolito.
Posteriormente, los componentes bobinados se colocan en una lata metálica para su encapsulamiento y se someten a un tratamiento de envejecimiento. Esto permite reparar defectos menores y estabilizar el rendimiento eléctrico.
condensadores cerámicos
Durante la producción, el polvo cerámico (como el titanato de bario) se mezcla primero con un aglutinante para formar una suspensión cerámica y luego se imprime o superpone una capa de electrodo metálico sobre su superficie.
Luego, estas capas se apilan repetidamente y se presionan en láminas, se cortan en trozos pequeños y luego se someten a un tratamiento de sinterización (cocción) y cocción a alta temperatura para unir firmemente la cerámica y el metal.
Finalmente, se realiza un recubrimiento en ambos extremos del condensador para formar los terminales de salida, obteniendo así el condensador cerámico multicapa (MLCC) que vemos comúnmente.
Condensadores de película
Utilizando películas de plástico (como poliéster o polipropileno) como dieléctrico, primero se realiza un tratamiento de metalización sobre las películas o se laminan con láminas metálicas y luego se enrollan para darles forma.
Los componentes bobinados se prensarán, calentarán y endurecerán, y luego se encapsularán con resina en la capa exterior. Esto no solo aísla de la influencia del entorno externo, sino que también mejora significativamente la vida útil y la fiabilidad del condensador.
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Seleccionar el condensador adecuado
Al elegir entre los muchos tipos de condensadores, tenga en cuenta lo siguiente:
• Valor de capacitancia (pF, nF, µF, F)
• Tensión nominal (debe exceder el voltaje de operación)
• ESR y respuesta de frecuencia
• Tolerancia (requisitos de precisión)
• Tamaño y costo
• Solicitud (filtrado, temporización, desacoplamiento, almacenamiento de energía)
Conclusión
Los condensadores están presentes en casi todos los dispositivos electrónicos, ya sea el chip de condensador cerámico más pequeño o el módulo de supercondensador grande; los diferentes tipos de condensadores desempeñan un papel en el logro del almacenamiento de energía, la regulación de la señal y la estabilidad del circuito.
Al comprender las características, los procesos de fabricación y las aplicaciones de varios tipos de capacitores, podemos tomar decisiones más apropiadas, garantizando así el rendimiento y la confiabilidad del circuito.
Con el desarrollo de nanomateriales y dieléctricos mejorados, los futuros tipos de capacitores continuarán expandiéndose, impulsando nuevas innovaciones en campos como la electrónica, los automóviles y la energía.
Preguntas frecuentes sobre condensadores
P1. ¿Qué tipo de capacitor tiene la mayor capacitancia?
Los condensadores electrolíticos y supercondensadores ofrecen los valores de capacitancia más altos. Los supercondensadores pueden alcanzar miles de faradios, pero tienen valores nominales de voltaje bajos.
P2. ¿Qué condensadores duran más?
Condensadores de película Generalmente tienen la vida útil más larga gracias a su dieléctrico estable y baja corriente de fuga. Los condensadores cerámicos (MLCC) también ofrecen una larga vida útil en la mayoría de las aplicaciones.
P3. ¿Puedo reemplazar un condensador electrolítico por un condensador cerámico?
No siempre. Los condensadores electrolíticos se eligen por su alta capacidad, mientras que los cerámicos suelen tener menor capacidad. La sustitución depende de los requisitos del circuito.
P4. ¿Para qué se utilizan los supercondensadores?
Los supercondensadores se utilizan donde se requiere carga/descarga rápida y almacenamiento de energía de respaldo, como en protección de memoria, frenado regenerativo y sistemas de energía renovable.
Q5. ¿Por qué están polarizados los condensadores?
Los condensadores polarizados (como los electrolíticos y los de tántalo) están diseñados para manejar tensiones de CC con una orientación específica. Una polaridad incorrecta puede destruir la capa dieléctrica y dañar el condensador.
P6. ¿Cuál es la principal desventaja de los condensadores en comparación con las baterías?
Los condensadores almacenan menos energía que las baterías y tienen tasas de autodescarga más altas. Sin embargo, pueden entregar energía mucho más rápido y resistir millones de ciclos.
