Capacitores são elementos reativos que reagem à passagem de corrente elétrica acumulando cargas elétricas, ou seja, os capacitores são capazes de armazenar energia eletrostática.
Os capacitores mais comuns são construídos com duas placas condutoras (metálicas) separadas por um material dielétrico (material isolante). Os capacitores funcionam aplicando uma voltagem entre suas placas condutoras (chamadas de “armadura”). Um lado da armadura condutora armazena carga positiva e o outro lado armazena carga negativa. As cargas são acumuladas e equilibradas em média, com cargas negativas e positivas tendo a mesma magnitude.
O material dielétrico usado para a placa isolante geralmente recebe o nome do capacitor (cerâmica, poliéster, mica, etc.). Podemos dizer que a principal função de um capacitor é acumular cargas em um circuito para que essas mesmas cargas possam ser liberadas posteriormente.
O período de carregamento de um capacitor é chamado de estado transitório e, após estar totalmente carregado, ou seja, estabilizado, ele transita para um estado chamado estado permanente.
Conceito de capacitância
A capacidade de armazenamento de carga é chamada de capacitância e é representada pela letra C. A unidade de medida para esta capacidade de armazenamento é Farads, que é a unidade de medida para a capacidade de armazenamento de carga de um capacitor, conforme mostrado na figura a seguir:
Principais comportamentos de um capacitor em circuitos DC.
Ao estudar capacitores em circuitos RC, os circuitos capacitivos-resistivos têm dois comportamentos, durante a carga e descarga do capacitor, vejamos alguns dos comportamentos ao carregar o capacitor: Durante o carregamento do capacitor, a corrente na carga começa a diminuir, isso porque no momento em que o capacitor recebe tensão da fonte de alimentação, ele absorve a tensão até que o capacitor esteja totalmente carregado segundo uma fórmula matemática que simula esse comportamento no carregamento como mostrado no diagrama abaixo Mostrar:
A constante de tempo é importante para saber quanto tempo o capacitor estará em carga máxima, consideramos que o capacitor estará totalmente carregado no instante em que atingir 5T, quando o capacitor estiver em tensão durante este período considera-se que está em carga máxima. O “T” representa a letra grega “Tau”, que é a unidade de medida para esta quantidade. Para chegar ao valor de “Tau”, usamos o seguinte modelo matemático, multiplicando a capacitância pela resistência total do circuito: T=C.R Um modelo matemático que calcula a corrente total do circuito prova que a corrente do circuito diminui durante 5T precisamente porque o capacitor está absorvendo a carga da fonte:
A tensão através do condensador aumenta durante o carregamento e estação ocorre até o condensador estar completamente saturado, atingindo o seu limite máximo de capacidade.
Associação de capacitores
Para fazer uma associação em série de condensadores, é necessário somar os inversos dos condensadores no 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 vários tipos de condensadores, variando em tamanho e utilização, geralmente dependendo da quantidade de carga que desejam armazenar num circuito. Os condensadores são amplamente utilizados em circuitos eléctricos e electrónicos, geralmente com a função de estabilizar a tensão num circuito, mas são também aplicados em electrónica de potência, onde os grandes condensadores trabalham para manter a tensão ao comutar tensões com Tiristores e IGBTS.
Na indústria, os mega capacitores são muito comumente utilizados para compensar a energia indutiva presente num circuito, utilizando energia reativa para fornecer a correção do fator de potência.
A utilização de condensadores em ventiladores é muito comum, uma vez que os motores monofásicos não podem arrancar sem a ajuda de um condensador, uma vez que não há velocidade angular entre as fases de alimentação. O condensador cria uma diferença angular de fase na tensão do estator, que gera um campo magnético rotativo e inicia a rotação do motor.
Outro exemplo é uma bateria que desempenha a função de carregar um condensador com energia durante alguns segundos, enquanto a câmara, que necessita do flash para produzir imagens de melhor qualidade, só pode fazer com que o condensador descarregue toda a carga na lâmpada de flash de uma forma momentânea ao tirar fotografias.
Principais tipos de capacitores
Quantos tipos de condensadores existem? Seja parou para pensar nisso, podem ser destacados quatro tipos
Condensadores eletrolíticos (polares, não polares e tântalo).
Condensadores de poliéster (metálicos e não metálicos).
Condensadores cerâmicos(tipo disco e placa)
Condensadores SMD
Capacitores cerâmicos:
Existem dois tipos gerais de condensadores de cerâmica. Os discos cerâmicos são os mais comuns e têm uma forma muito simples. É constituído por um disco dielétrico feito de cerâmica altamente isolante, que é metalizado em ambos os lados.
Dois terminais são soldados aos lados metalizados e o condensador recebe uma banheira e tinta epóxi para cobrir parcialmente o disco e os terminais no final do fabrico. Os condensadores deste tipo são fornecidos com capacidades que vão de 2,2 pF a 0,1F à tensão relativamente baixa de 63 V. Existem também condensadores de disco cerâmico de alta tensão que podem atingir 2KV para aplicações especiais
Capacitores com dielétrico de plástico:
Duas placas finas de poliéster são geralmente enroladas em torno de duas placas de alumínio muito finas para formar as placas do condensador. São normalmente utilizados em circuitos onde é necessário escoar correntes elevadas, pois a presença das placas metálicas permite extrair calor interno e o tamanho do condensador permite dissipar o calor através da troca de calor comum meio externo. Os tipos dielétricos são utilizados em condensadores de isolamento de alta tensão normalizados a 250V, 400V e 630 V. As capacidades variam de 1.000 pFa0,47 uF (normalmente0,47 uF) ou até1 uF estão comercialmente disponíveis.
Capacitores eletrolíticos:
Os condensadores eletrolíticos são muito importantes e estão entre os condensadores mais utilizados no mercado, com capacidades tipicamente começando em 0,47uF e atingindo 10mF. Os condensadores eletrolíticos consistem em duas folhas de alumínio e duas folhas de papel, cada numa envolta num pedaço de alumínio embebido em água ácida chama da eletrólito. O eletrólito é uma via de resistência relativamente baixa, o que significa que imediatamente após o fabrico não há condensador, mas sim um dispositivo inacabado chamado protocapacitor.
O protocapacitor está ligado a uma fonte de corrente e o ácido oxida uma das placas de alumínio. Como o óxido é um isolante, forma-se um condensador eletrolítico polar após algum tempo, coma placa catódica oxidada.