Visita Encydia-Wikilingue.com

Condensador electrolítico

condensador electrolítico - Wikilingue - Encydia

Condensador electrolítico Axial (acima) e radial (abaixo).

Um condensador electrolítico ou capacitor electrolítico é um tipo de condensador que usa um líquido iónico condutor como uma de suas placas. Tipicamente com mais capacidade por unidade de volume que outros tipos de condensadores, são valiosos em circuitos eléctricos com relativa alta corrente e baixa frequência. Este é especialmente o caso nos filtros de alimentadores de corrente, onde se usam para armazenar o ónus, e moderar o voltaje de saída e as flutuações de corrente na saída rectificada. Também são muito usados nos circuitos que devem conduzir corrente alternada mas não corrente contínua.

Os condensadores electrolíticos podem ter muita capacitancia, permitindo a construção de filtros de muito baixa frequência.

Conteúdo

História

Não existe um inventor claro do condensador electrolítico. É um dos muitos casos de tecnologia que se podem considerar uma curiosidade de laboratório, a clássica "busca de solução para um problema".

O princípio do condensador electrolítico foi descoberto em 1886 por Charles Pollak, como parte de sua investigação na anodización do alumínio e outros metais. Pollack descobriu que devido à delgadez da capa de óxido de alumínio produzida, tinha muita capacitancia entre o alumínio e a solução de electrolito. Um problema importante era que a maioria dos electrolitos tendiam a dissolver esta capa de óxido de novo quando a tensão se eliminava, mas eventualmente o encontrou que o perborato de sodio bórax permitia a criação da capa sem a atacar depois. Foi-lhe concedida uma patente para o condensador electrolítico de alumínio com dissolução de borax em 1897.

A primeira aplicação prática desta tecnologia foi nos condensadores de arranques de motores de corrente alternada. A maioria dos condensadores electrolíticos são polarizados, isto é, só podem operar com corrente contínua, mas usando várias placas de alumínio anodizado e intercalando entre elas o electrolito de borax, é possível fazer um condensador que pode ser usado em sistemas de corrente alternada.

Os condensadores do século XIX e princípios do XX têm poucas similitudes com os actuais, e eram construídos de forma mais parecida a uma batería de carro. O electrolito de dissolução de bórax tinha que ser periodicamente redisuelto com água destilada, algo que recorda às baterías de chumbo ácido.

A primeira aplicação em massa das versões de corrente contínua deste tipo de condensador foi nas centrais telefónicas para suavizar as mudanças de estado dos reles das linhas de 48 volts.

O desenvolvimento dos receptores de rádio domésticos de corrente alternada, no final dos 1920 requereram da produção de condensadores de alta capacidade (para a época) e alto voltaje, no mínimo de 4 microfaradios e até 500 volts. Os de papel enrollado e prata com azeite estavam disponíveis então mas os dispositivos com essa ordem de capacidade e voltaje eram pesados e prohibitivamente caros. O primeiro protótipo de um condensador electrolíticos moderno foi patenteado por Julius Lilienfield em 1926. Seu desenho seguia as linhas do condensador de mica e prata, mas com papel empapado em electrolito em lugar da mica. Provou-se que era difícil refrigerar o dispositivo e nas condições quentes típicas dos os receptores de rádio se furavam e falhavam.

O engenheiro retirado do exército dos Estados Unidos Ralph D. Mershon desenvolveu o primeiro condensador electrolítico para rádio comercialmente disponível em qualquer quantidade, ainda que alguns outros pesquisadores produziram dispositivos similares. O "condensador Mershon" como se lhe conheceu, estava construído como um condensador de papel convencional, com duas longas atiras de filme de alumínio enrolladas com atiras de papel empapado em solução electrolítica, em lugar de cera. Em lugar de tentar fechá-lo herméticamente, a solução de Mershon foi simplesmente meter o condensador em uma bata de alumínio ou cobre, cheia até a metade de electrolito extra. (Estes são chamados "electrolíticos húmidos" pelos radioaficionados, e os que se encontram ainda com algo de líquido dentro são peças de coleccionista).

Apesar do sucesso imediato de Mershon (e o nome "Condensador de Mershon" foi durante um curto tempo sinónimo de receptores de rádio de qualidade nos anos 20), devido a várias dificuldades de fabricação seu tempo de vida em funcionamento era curto e a companhia de Mershon avariou nos primeiros anos 1930.

Não foi até a segunda guerra mundial quando se dedicaram suficientes recursos para encontrar as causas dos problemas, que os condensadores electrolíticos se converteram nos componentes úteis que são hoje em dia.

Construção

Os condensadores electrolíticos de alumínio constroem-se a partir de dois atiras de alumínio, uma das quais está coberta de uma capa aislante de óxido, e um papel empapado em electrolito entre elas. Atira-a isolada pelo óxido é o ánodo, enquanto o líquido electrolito e a segunda atira actuam como cátodo. Esta pilha se enrolla sobre si mesma, ajustada com dois conectores pin e se encaixa em um cilindro de alumínio. As duas geometrias mais populares são as axiais e radiais mostradas na fotografia.

Polaridad

Nos condensadores electrolíticos de alumínio, a capa de óxido aislante na superfície da placa de alumínio actua como dieléctrico, e é a delgadez desta capa a que permite obter uma grande capacidade em um pequeno volume. A capa de óxido pode manter-se inafectada inclusive com uma intensidade de campo eléctrico da ordem de 109 volts por metro. A combinação de alta capacidade e alto voltaje resultam em uma grande densidade energética.

Ao invés que a maioria dos condensadores, os electrolíticos têm polaridad. A polaridad correcta indica-se no envoltorio com uma faixa indicando o signo negativo e umas setas indicando o terminal que deve ligares ao potencial menor (terminal negativo). Também, o terminal negativo é mais curto que o positivo. Isto é importante porque uma conexão com voltaje investido a mais de 1,5 Volts pode destruir a capa central de material dieléctrico por uma reacção de redução electroquímica. Sem este material dieléctrico, o condensador entra em cortocircuito , e se a corrente é excessiva, o electrolito pode ferver e fazer explodir o condensador.

Existem disponíveis condensadores especiais para uso com corrente alternada, normalmente conhecidos como "condensadores não-polares" ou "NP". Neles, as capas de óxido se formam nas duas atiras de alumínio dantes do montado. Nos ciclos alternados, uma ou outra das placas actuam como um diodo, evitando que a corrente inversa danifique o electrolito da outra. Essencialmente, um condensador de 10 microfaradios de alternada comporta-se como duas de 20 microfaradios de contínua ligados em série inversa.

Os condensadores modernos têm uma válvula de segurança, tipicamente em um canto do envoltorio ou uma terminação especialmente desenhada para ventilar o líquido/gás quente, mas ainda assim as rupturas podem ser dramáticas. Os condensadores electrolíticos podem suportar uma tensão inversa por um tempo curto, mas durante este tempo conduzirão muita corrente e não comportar-se-ão como verdadeiros condensadores. A maioria sobreviverão sem tensão inversa, ou com tensão alternada, mas os circuitos devem desenhar-se sempre pensando em que não tenha tensão inversa durante tempos significativos. A corrente directa constante (com a polaridad correcta) é o preferível para aumentar a vida do condensador.

Polarized capacitor symbol.svg
Polarized capacitor symbol 2.svg
Polarized capacitor symbol 3.svg
Capacitor symbol.png Polarized capacitor symbol 4.svg Variable capacitor symbol.svg
Condensador Condensador
Polarizado
Condensador
Variável

Símbolos esquemáticos para condensadores electrolíticos. Alguns esquemas não incluem o signo "+" ao lado do símbolo. Os condensadores electrolíticos marcam-se para indicar a polaridad dos terminais.

Nota: A marca no envoltorio de metal indica o terminal negativo.

Electrolito

O electrolito é usualmente ácido borico ou borato de sodio em dissolução acuosa junto com alguns açúcares ou glicol de etileno que se acrescentam para retardar a evaporación. Conseguir um bom balanço entre a estabilidade química e a baixa resistência eléctrica interna é complicado e de facto a composição exacta dos bons electrolitos é um segredo comercial guardado zelosamente. Levou muitos anos de dolorosas investigações dantes de que fossem desenvolvidos condensadores úteis.

Os electrolitos podem ser tóxicos ou corrosivos. Trabalhar com electrolitos requer medidas de segurança e equipa de protecção apropriado como luvas, máscaras e gafas de segurança. Alguns velhos electrolitos de tantalio , com frequência chamados de "pulmon húmido" contêm ácido sulfúrico corrosivo, mas a maioria deles já não se usam devido à corrosão.

Comportamento eléctrico dos electrolíticos

Um modelo de circuito comum para um condensador electrolítico é o seguinte esquema:

Electrolytic capacitor model.svg

Onde Rleakage é a resistência interna, RESR é a resistência série equivalente, LESL é a inductancia série equivalente (sendo L o símbolo convencional para a inductancia).

RESR deve ser tão pequena como seja possível, pois determina a perdida de potência quando o condensador se usa para suavizar os bicos de voltaje. As perdas são cuadraticas com o encaracolado de corrente que flui a seu través e lineares comR ESR. Condensadores com baixa ESR são imperativos para obter boas eficiências em alimentadores de corrente.

Deve assinalar-se que este é só um modelo sempre que não inclui a absrociín do dielectrico nem outros efeitos não-ideais sócios com os condensadores electrolíticos reais.

Como os electrolitos se evaporan, a duração se costuma dar em horas a uma temperatura dada. Por exemplo, 2000 horas a 105 °C (que é a máxima temperatura de trabalho) é um valor típico. A duração dobra-se pela cada 10 °C menos [1], atingindo os 15 anos de duração a 45 °C. Por suposto existem um grande número de condensadores bem mais velhos que ainda funcionam. A maioria dos condensadores avaliam-se para funcionar a 85 °C como máximo, ainda que existem de -50 até 150 °C .

Capacidade

O valor da capacidade de qualquer condensador é uma medida da quantidade de ónus armazenada, por unidade de diferença de potencial entre suas placas. A unidade básica de capacidade no sistema internacional de unidades é o faradio que é um culombio por volt , no entanto esta unidade é muito grande para as capacidades típicas dos condensadores reais (até a invenção do condensador de dupla capa), de forma que o microfaradio (10-6), nanofaradio (10-9) e picofaradio (10-12) se usam mais comummente. Estas unidades se abrevian como μF ou ufa, nF e pF.

Há vários condicionantes para determinar o valor da capacidade de um condensador, como a delgadez do dielectrico e a área das placas. No processo de fabricação, os condensadores electrolíticos fazem-se para adaptar-se a determinados números preferidos. Multiplicando esses números preferidos por uma ordem de magnitude e combinando vários qualquer valor pode-se conseguir, permitindo a maioria de combinações úteis para aplicações praticas.

Há um conjunto de números estandarizados básicos" para que o valor de qualquer condensador electrolítico moderno se possa derivar multiplicando estes números básicos, que são 1.0, 1.5, 2.2, 3.3, 4.7 or 6.8 por ptencias de 10. Assim, é comum encontrar condensadores de valores de 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 220, etcetera. Usando este método, faixas de valores desde 0.1 até 4700 são comuns na maioria das aplicações. Estes valores dão-se geralmente em microfaradios (µF).

Muitos condensadores electrolíticos têm uma faixa de tolerância de 20%. Isto significa que o fabricante indica que o valor real do condensador cai dentro de 20% de seu valor marcado. Seleccionando as séries preferidas assegura-se que se possa comercializar qualquer condensador como um valor regular, dentro da tolerância. Alguns condensadores têm tolerâncias asimétricas, tipicamente -20% para a negativa, mas com muita mais tolerância positiva. A indicação da tolerância no empacotado evita ter que medir a cada condensador individual.

Variantes

Condensadores electrolíticos de vários tamanhos.

Ao invés que outros condensadores que usam dielectricos factos de um material aislante intrínseco, o dielectrico nos condensadores electrolíticos dependem da formação e estabilidade de uma capa microscópica de óxido metálico. Comparados com os normais, esta capa verdadeiramente fina de dielectrico permite capacidades muito maiores no mesmo volume, mas manter a integridade desta finísima capa de óxido requer a cuidadosa aplicação da polaridad correcta em corrente contínua, ou senão a capa de óxido desfaz-se ou rompe causando que o condensador falhe. Adicionalmente, os condensadores electrolíticos usam internamente química de dissoluções e podem falhar eventualmente se a água da dissolução se evapora devido a temperaturas altas.

A capacidade dos electrolíticos não está tão precisamente especificada como no caso dos condensadores de dielectrico solido normais. Especialmente com os electrolíticos de alumínio, é bastante comum ver especificações que "garantem um valor mínimo" sem "limite máximo" de capacidade. Para a maioria dos propósitos (como em alimentadores de corrente ou acoplamento de sinais) este tipo de especificação é aceitável.

Como ocorre com os condensadores de dielectrico sólido normais, os condensadores electrolíticos vêm em diferentes varidedades:

O dielectrico é uma fina capa de óxido de alumínio. Contém liquido corrosivo e podem ferver se ligam-se ao revés. A capa de óxido aislante tende a deteriorar-se em ausência de voltaje "rejuvenecedor", e eventualmente o condensador falhará se não se lhe aplica voltaje. Os electrolíticos bipolares (também chamados Não-polarizados ou NP) contêm dois condensadores conectados em série inversa e se usam quando ocasionalmente a corrente contínua possa se investir. Suas más características de frequência e temperatura fazem-nos inservibles para aplicações de alta frequência. Seus valores típicos de ESL são de poucos nanohenrios. [1]

Comparados com os electrolíticos de alumínio, os condensadores de tántalo têm uma capacidade muito precisa e estável, pouca queda de tensão e muito baixa impedancia a altas frequências. No entanto, ao invés que os de alumínio, não toleram bicos de tensão e se destroem (às vezes explodindo violentamente) se se ligam ao revés ou se expõem a bicos de tensão ou altas temperaturas.

Os condensadores de Tántalo são mais caros que os de alumínio e geralmente só se podem usar em baixo voltaje, mas devido a sua grande capacidade por unidade de volume e baixa impedancia eléctrica a altas frequências são muito populares em aplicações miniaturizadas como os telefones móveis.

Veja-se também

Referências

Enlaces externos

Obtido de http://ks312095.kimsufi.com../../../../articles/a/r/t/Encydia-Wikilingue%7EArt%C3%ADculos_solicitados_2358.html"