Como se comporta um capacitor em corrente contínua é regime permanente?

Capacitores são elementos reativos que reagem à passagem de corrente através do acúmulo de cargas elétricas, ou seja, o capacitor é capaz de armazenar energia eletroestática. Os capacitores mais comuns são construídos por duas placas condutivas (metálicas), separadas por um material dielétrico (material isolante).

O princípio de funcionamento de um capacitor acontece quando uma tensão elétrica é aplicada entre suas placas condutoras, conhecidas como “armaduras”. Um lado da armadura condutora armazena cargas positivas, o outro lado armazena cargas negativas. As cargas são acumuladas de igual modo, balanceado, tanto cargas negativas quanto as positivas possuem o mesmo valor em módulo.

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O material dielétrico utilizado para isolar as placas geralmente da o nome ao capacitor (cerâmica, poliéster, mica e etc.). Podemos dizer que a principal função de um capacitor é acumular cargas elétricas em um circuito para posteriormente descarregar estas mesmas cargas.

O período de carga de um capacitor é denominado de regime transitório, após o mesmo estar plenamente carregado, ou seja, estável ele passa para um regime denominado permanente.

Conceito de capacitância

A capacidade de armazenamento de cargas elétricas é denominada capacitância e é simbolizada pela letra C, a unidade de medida desta capacidade de armazenamento é dada em farads, ela é a unidade de medida para quantidade de armazenamento de carga dos capacitores, como mostra a imagem abaixo:

Fórmula de capacitância, dado em Farads (F).

Principais comportamentos de um capacitor em circuitos DC.

Quando se estuda capacitores em um circuito RC, circuito resistivo capacitivo o mesmo se comporta de duas formas, durante a carga do capacitor e durante a descarga, vejamos um pouco do comportamento quando se carrega um capacitor:

• Durante o período de carga de um capacitor a corrente na carga começa a diminuir, isso acontece porque no instante que o capacitor recebe a tensão da fonte o mesmo absorve a tensão elétrica até que o capacitor esteja completamente carregado à fórmula matemática que modela esse comportamento na carga se encontra na imagem abaixo:

Fórmula para encontrar a tensão em cima da carga.

• A constante de tempo é importante para entendermos com quanto tempo o capacitor chegará à carga máxima, consideramos que um capacitor se encontra completamente carregado quando o mesmo atingir um instante de 5T, quando um capacitor fica sobre tensão elétrica durante este período ele é considerado em com carga máxima. O “T” representa a letra grega “Tau” ela é a unidade de medida dessa grandeza. Para chegar ao valor de “Tau” utilizamos o seguinte modelo matemático, dado pela multiplicação da capacitância pela resistência total do circuito:

T=C .R

• O modelo matemático para o cálculo da corrente total do circuito comprova que a corrente do circuito diminui durante o período de 5T, exatamente devido o capacitor estar absorvendo a carga da fonte:

Fórmula para encontrar a corrente total que passa no circuito.

• A Tensão no capacitor aumenta durante a sua carga, esse comportamento acontece até que o capacitor esteja completamente saturado, atingindo seu limite máximo de capacitância observe o modelo matemático que regula este comportamento:

Fórmula para encontrar a tensão em cima do capacitor.

Associação de capacitores

Para realizar a associação de capacitores em serie precisamos realizar a soma do inverso das capacitâncias no circuito:

Fórmula para encontrar a capacitância total do circuito.

Quando se associa capacitores em paralelo basta apenas somar a capacitância dos mesmos para se chegar ao valor da capacitância total do circuito:

CT=C1+C2

CT= capacitância total do circuito
C1= Capacitor 1
C2= Capacitor 2

Aplicação dos capacitores.

Existem diversos tipos de capacitores, de diferentes tamanhos e aplicações, geralmente variando de acordo com a quantidade de carga que se deseja armazenar no circuito. Os capacitores são largamente utilizados em circuitos eletroeletrônicos, geralmente com a função de se estabilizar a tensão no circuito, também são aplicados na eletrônica de potência onde grandes capacitores trabalham para sustentar a tensão, ao se chavear a tensão pelos Tiristores e IGBTS.

Uma aplicação muito comum na indústria é a utilização de mega capacitor para realizar a correção do fator de potência utilizando a energia reativa para corrigir a energia indutiva prese no circuito.

A utilização de capacitores em ventiladores é muito comum, pois os motores monofásicos não possuem defasagem angular entre as fases de alimentação, desta forma sem a ajuda dos capacitores eles não conseguem realizar a partida. Os capacitores são utilizados para realizar uma defasagem angular na tensão no estator, gerando um campo magnético girante que faz com que o motor comece a girar.

Outro exemplo são as câmeras que precisam de um flash para gerar uma imagem de melhor qualidade, são as pilhas que desempenham a função de carregar o capacitor com energia durante alguns segundos, no entanto, na hora de tirar a foto, apenas um capacitor pode fazer o descarregamento de toda a carga no bulbo do flash de maneira instantânea.

Principais tipos de capacitores

Quantos tipos de capacitores existem? Você já parou para pensar nisso? Podemos destacar quatro tipos diferentes:

1. Capacitores eletrolíticos (polarizados, não polarizados e tântalo).
2. Condensadores de poliéster (metálicos e não metálicos)
3. Capacitores de cerâmica (disco e placa)
4. Capacitores SMD

Entenda o que são capacitores, onde são usados e suas principais características.

Capacitores cerâmicos:

Capacitores de cerâmica são geralmente de dois tipos diferentes. Os discos cerâmicos são os mais comuns e possuem uma forma muito simples: é um disco de material dielétrico feito de cerâmica com alta capacidade isolante metalizada em ambos os lados.

Nos lados metalizados, dois terminais são soldados, o capacitor recebe um banho e pintura epóxi no final da fabricação, para cobrir o disco e parte dos terminais. Este tipo de capacitor é fornecido com capacidades de 2,2 pF a 0,1F com tensões relativamente baixas de 63V. Há também capacitores de disco de cerâmica de alta tensão para aplicações especiais que alcançam valores de 2 KV.

Capacitores com dielétrico de plástico:

Eles geralmente são feitos de duas folhas finas de poliéster que são enroladas junto com duas folhas muito finas de alumínio, para formar as placas do capacitor. É normalmente usado em circuitos que exigem uma alta corrente circulando através deles, pois a presença de chapas metálicas ajuda a extrair calor interno e o tamanho do capacitor ajuda a dissipar o calor realizando a troca de calor com o meio exterior. O tipo de dielétrico usado serve para construir capacitores de isolação de alta tensão que são padronizados em 250V, 400V e 630V. Podem ser encontrados no mercado com a variação da capacitância de 1.000 pF e atinge 0,47 uF (geralmente 0,47 uF) ou 1 uF.

Capacitores eletrolíticos:

Os capacitores eletrolíticos são muito importantes são uns dos mais usados no mercado, sua capacitância geralmente começa em 0,47 uF e atinge até 10 mF. Um capacitor eletrolítico é construído enrolando duas folhas de alumínio e duas folhas de papel embebidas em água acidulada chamada eletrólito. O eletrólito é um caminho de resistência relativamente baixa, ou seja, imediatamente após ser fabricado, não temos um capacitor, mas um dispositivo inacabado que é chamado de protocapacitor.

O protocapacitor está ligado a uma fonte de corrente para que o ácido se oxide a uma das placas de alumínio. Como o óxido é um isolante, um tempo depois um capacitor eletrolítico polarizado é formado onde a placa positiva é a oxidada.

O valor da capacidade e da tensão não depende apenas das características geométricas das placas, mas também depende fortemente desse interessante processo de tratamento que não é permanente, pois os capacitores eletrolíticos necessitam de uma regularidade de uso ou podem perder sua capacidade.

Podemos dizer que muitos dos avanços da eletrônica moderna vieram através do desenvolvimento cada vez maior dos capacitores, hoje podemos encontrar capacitores do tamanho de um grão de arroz e até nano capacitores utilizados em minúsculos circuitos eletrônicos. Graças aos avanços realizados no desenvolvimento dos capacitores conseguimos alcançar o avanço atual dos circuitos eletroeletrônicos incluindo os grandes avanços na eletrônica de potência.

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

Assuntos

• Aplicação dos capacitores
• Associação de capacitores.
• Capacitor
• Capacitor cerâmico
• O que são capacitores.

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