Un cigarrillo electrónico, o e-cigarrillo, se diferencia fundamentalmente de los productos de tabaco convencionales por el principio físico de la generación de aerosol. Mientras que en un cigarrillo de tabaco se quema material vegetal para producir humo, el cigarrillo electrónico se basa en la vaporización de un líquido, el denominado e-liquid. Este proceso ocurre a temperaturas significativamente más bajas que una combustión. El dispositivo calienta el líquido mediante una resistencia eléctrica hasta que alcanza el punto de ebullición y pasa a un estado nebuloso.
El principio básico es idéntico en casi todos los dispositivos, independientemente de su diseño o tamaño. Una batería suministra la energía necesaria, que se transmite a un cabezal vaporizador (resistencia o coil). Este componente se encuentra dentro de un tanque o depósito y está en contacto directo con el e-liquid. En cuanto fluye la corriente, el filamento en el interior de la resistencia se calienta. El material absorbente, generalmente algodón, transporta el líquido hacia el filamento mediante fuerzas capilares, donde se vaporiza para ser inhalado a través de una boquilla. Aunque este principio parece sencillo, en detalle requiere ajustes complejos tanto electrotécnicos como de mecánica de fluidos.
Los sistemas de pod modernos son un ejemplo de cigarrillos electrónicos compactos con baterías integradas y depósitos de líquido fáciles de cambiar, diseñados para un manejo sencillo.
El núcleo de cada cigarrillo electrónico es el cabezal del vaporizador, conocido comúnmente como "coil" o resistencia. Es el responsable de la transformación real del líquido en vapor. Técnicamente, se trata de una resistencia eléctrica: cuando la corriente fluye a través de ella, la energía eléctrica se convierte en energía térmica. El valor de la resistencia, medido en ohmios, determina de manera decisiva las características del dispositivo.
En modelos anteriores, estos elementos calefactores consistían casi exclusivamente en hilos enrollados en forma de espiral, fabricados con aleaciones como Kanthal, acero inoxidable o níquel-cromo. En los sistemas modernos, sin embargo, se utilizan cada vez más las llamadas "resistencias de malla" (mesh coils). En este caso, no se trata de un hilo, sino de una malla metálica curvada o una lámina perforada. La ventaja técnica de este diseño radica en la mayor superficie de contacto. La malla metálica se apoya de forma más uniforme sobre el material absorbente, lo que garantiza una distribución del calor más homogénea y evita los denominados "hotspots" (puntos calientes), donde el metal podría calentarse demasiado y quemar el algodón. Debido a esta mayor superficie, se vaporiza más líquido en el mismo lapso de tiempo, lo que influye en la intensidad del sabor y en la densidad del vapor.
El material de soporte que transporta el líquido desde el tanque hasta el elemento calefactor es, casi siempre, algodón orgánico. Este debe poseer propiedades específicas: debe ser extremadamente absorbente para garantizar el drenaje incluso a altas potencias y, al mismo tiempo, ser lo suficientemente resistente al calor para no carbonizarse de inmediato. Si el drenaje se interrumpe porque la viscosidad del líquido es demasiado alta o la potencia de la batería supera el flujo físico, el algodón se seca. Esto provoca un sabor a quemado, conocido como "dry hit". Por ello, las resistencias comerciales modernas cuentan con aberturas de entrada de líquido perforadas con precisión, adaptadas a la capacidad de absorción del algodón utilizado.
La fuente de energía de un cigarrillo electrónico es el mod (o dispositivo) o una unidad de batería integrada. Generalmente se utilizan celdas de iones de litio, ya que ofrecen una alta densidad de energía en un diseño compacto. La capacidad de estas celdas se indica en miliamperios-hora (mAh) y determina cuánto tiempo puede funcionar el dispositivo antes de necesitar una recarga.
Existen diferentes enfoques para la integración de la fuente de energía. Los dispositivos desechables y los sistemas de pods suelen utilizar baterías integradas, ajustadas a la vida útil de la resistencia o del depósito de líquido. Un ejemplo de diseños específicos son los sistemas híbridos que combinan elementos de sistemas desechables y reutilizables. Modelos como el Elfbar 5000 utilizan, por ejemplo, una batería recargable combinada con un depósito de líquido de gran capacidad para permitir un uso prolongado sin que el usuario tenga que realizar ajustes complejos. En estos casos, una electrónica interna gestiona la entrega de potencia.
En los mods avanzados, por el contrario, un chipset complejo regula la salida de potencia. El usuario puede ajustar la potencia en vatios de forma variable. El chip calcula, basándose en la resistencia del vaporizador, la tensión (voltios) necesaria que debe extraerse de la batería. Estos dispositivos cuentan con convertidores DC-DC que elevan o reducen la tensión de la batería (que disminuye al descargarse) al nivel requerido (Step-Up/Step-Down).
Además, la electrónica de seguridad (BMS – Battery Management System) es esencial. Protege contra cortocircuitos, sobrecalentamiento, descarga profunda y sobrecarga. Una función importante es la limitación del tiempo de calada: si se pulsa el botón de encendido durante más tiempo de lo habitual (normalmente 10 segundos), la electrónica interrumpe el flujo de corriente para evitar el sobrecalentamiento del sistema o un encendido accidental prolongado.
Los mods avanzados con chipsets permiten un ajuste de potencia variable y cuentan con una compleja electrónica de seguridad para controlar con precisión el proceso de vaporización.
Junto a la potencia eléctrica, el flujo de aire (airflow) es el factor determinante para el funcionamiento. La forma en que el aire pasa por la resistencia define si un cigarrillo electrónico está diseñado para el vapeo de "boca a pulmón" (MTL - Mouth to Lung) o para la inhalación directa al pulmón (DL - Direct Lung).
En el vapeo MTL, el canal de aire es estrecho. Esto genera una alta presión negativa dentro de la cámara de vaporización cuando el usuario aspira. La resistencia a la calada es firme, similar a la de un cigarrillo de tabaco. Desde el punto de vista físico, fluye menos masa de aire a través del canal estrecho, lo que hace que el vapor sea más cálido y concentrado. Esta técnica suele requerir potencias bajas, ya que el pequeño volumen de aire no podría enfriar suficientemente una resistencia grande.
En el vapeo DL, por el contrario, los canales de aire están muy abiertos. El usuario inhala prácticamente sin resistencia. Dado que en este caso fluyen grandes masas de aire en poco tiempo a través de la resistencia, la potencia de calentamiento debe ser correspondientemente alta para generar una cantidad suficiente de aerosol. Al mismo tiempo, el fuerte flujo de aire sirve para enfriar las bobinas masivas.
La mayoría de los vaporizadores modernos cuentan con un control de flujo de aire (AFC - Airflow Control). Generalmente se trata de un anillo giratorio en la base del vaporizador que permite cubrir o abrir las ranuras de entrada de aire de forma continua. Al cerrar la AFC, aumenta la velocidad del aire en las aberturas restantes (efecto Bernoulli), lo que influye directamente en la resistencia a la calada y la temperatura del vapor. Un ajuste incorrecto puede causar que el vaporizador se inunde si se aspira con demasiada fuerza pero no puede entrar suficiente aire, lo que arrastra demasiado líquido a la cámara por la presión negativa.