Lab. Fsica II

LABORATORIO DE FISICA 4

CARGA Y DESCARGA DE LOS CONDENSADORES

Integrantes: Eduardo Martin Sanchez Julia Estvez Das Profesor:

Seccin: 2013 I

OBJETIVOS1. Efectuar pruebas que permitan diagnosticar el estado de los condensadores.

2. Estudio de la variacin del voltaje y corriente durante el proceso e carga y descarga de un condensador.

3. Estudio sobre los voltajes establecidos en un circuito en serie de condensadores.

MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZARSE

a. 01 Fuente de alimentacin regulable DC BK PRECISION 1670b. 01 Multmetro analgico SIMPSON 260

c. 01 Multmetro digital TECH TM-107

d. 01 Condensador electroltico 2200 uF-16 V

e. 01 Condensador electroltico 1100 uF-50V

f. 01 Resistencia de 10K

g. 01 Protoboard tipo regleta

h. 01 Caja de cables de conexin

i. 02 Cables banana-cocodrilo

FUNDAMENTO TEORICOCONDESADOR ELETROLITICOBsicamente, un condensador, en su expresin ms simple, est formado por dos placas metlicas (conductoras de la electricidad) enfrentadas y separadas entre s por una mnima distancia, y un dielctrico, que se define como el material no conductor de la electricidad (aire, mica, papel, aceite, cermica, etc.) que se encuentra entre dichas placas. La magnitud del valor de capacidad de un condensador es directamente proporcional al rea de sus placas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Es decir, cuanto mayor sea el rea de las placas, mayor ser el valor de capacidad, expresado en millonsimas de Faradios [F], y cuanto mayor sea la distancia entre las placas, mayor ser la aislacin o tensin de trabajo del condensador, expresadas en unidades de Voltios, aunque el valor de capacidad disminuye proporcionalmente cuanto ms las placas se separan.

CONTRUCCION

Los condensadores electrolticos de aluminio se construyen a partir de dos tiras de aluminio, una de las cuales est cubierta de una capa aislante de xido, y un papel empapado en electrolito entre ellas. La tira aislada por el xido es elnodo, mientras el lquido electrolito y la segunda tira actan comoctodo. Esta pila se enrolla sobre s misma, ajustada con dos conectores pin y se encaja en un cilindro de aluminio. Las dos geometras ms populares son las axiales y radiales mostradas en la fotografa.

POLARIDAD

En los condensadores electrolticos de aluminio, la capa de xido aislante en la superficie de la placa de aluminio acta como dielctrico, y es la delgadez de esta capa la que permite obtener una gran capacidad en un pequeo volumen. La capa de xido puede mantenerse inafectada incluso con una intensidad de campo elctrico del orden de 109voltios por metro. La combinacin de alta capacidad y alto voltaje resultan en una gran densidad energtica.

Al contrario que la mayora de los condensadores, los electrolticos tienen polaridad. La polaridad correcta se indica en el envoltorio con una franja indicando el signo negativo y unas flechas indicando el terminal que debe conectares al potencial menor (terminal negativo). Tambin, el terminal negativo es ms corto que el positivo. Esto es importante porque una conexin con voltaje invertido de ms de 1,5 Voltios puede destruir la capa central de material dielctrico por una reaccin de reduccin electroqumica. Sin este material dielctrico, el condensador entra encortocircuito, y si la corriente es excesiva, el electrolito puede hervir y hacer explotar el condensador.

Existen disponibles condensadores especiales para uso con corriente alterna, normalmente conocidos como "condensadores no-polares" o "NP". En ellos, las capas de xido se forman en las dos tiras de aluminio antes del ensamblado. En los ciclos alternos, una u otra de las placas actan como un diodo, evitando que la corriente inversa dae el electrolito de la otra. Esencialmente, un condensador de 10 microfaradios de alterna se comporta como dos de 20 microfaradios de continua conectados en serie inversa.

Los condensadores modernos tienen una vlvula de seguridad, tpicamente en una esquina del envoltorio o una terminacin especialmente diseada para ventilar el lquido/gas caliente, pero aun as las rupturas pueden ser dramticas. Los condensadores electrolticos pueden soportar una tensin inversa por un tiempo corto, pero durante este tiempo conducirn mucha corriente y no se comportarn como verdaderos condensadores. La mayora sobrevivirn sin tensin inversa, o con tensin alterna, pero los circuitos deben disearse siempre pensando en que no haya tensin inversa durante tiempos significativos. La corriente directa constante (con la polaridad correcta) es lo preferible para aumentar la vida del condensador.

Smbolos esquemticos para condensadores electrolticos. Algunos esquemas no incluyen el signo "+" al lado del smbolo. Los condensadores electrolticos se marcan para indicar la polaridad de los terminales.

Nota: La marca en el envoltorio de metal indica el terminal negativo.ELECTROLITOEl electrolito es usualmentecido bricooborato de sodioen disolucin acuosa junto con algunos azcares oglicol de etilenoque se aaden para retardar la evaporacin. Conseguir un buen balance entre la estabilidad qumica y la baja resistencia elctrica interna es complicado y de hecho la composicin exacta de los buenos electrolitos es un secreto comercial guardado celosamente. Llev muchos aos de dolorosas investigaciones antes de que fueran desarrollados condensadores tiles.

Los electrolitos pueden ser txicos o corrosivos. Trabajar con electrolitos requiere medidas de seguridad y equipo de proteccin apropiado como guantes, mscaras y gafas de seguridad. Algunos viejos electrolitos detantalio, a menudo llamados de "pulmn hmedo" contienencido sulfricocorrosivo, pero la mayora de ellos ya no se usan debido a la corrosin.

COMPORTAMIENTO ELECTRICO DE LOS ELECTROLITOS

Un modelo de circuito comn para un condensador electroltico es el siguienteesquema:

Donde Rleakagees la resistencia interna, RESRes la resistencia serie equivalente, LESLes la inductancia serie equivalente (siendo L el smbolo convencional para la inductancia).

RESRdebe ser tan pequea como sea posible, pues determina laperdida de potenciacuando el condensador se usa para suavizar los picos de voltaje. Las prdidas son cuadrticas con el rizado de corriente que fluye a su travs y lineales con RESR. Condensadores con baja ESR son imperativos para obtener buenas eficiencias en alimentadores de corriente.

Debe sealarse que este es solo un modelo siempre que no incluye la absorcin del dielctrico ni otros efectos no-ideales asociados con los condensadores electrolticos reales.

Como los electrolitos se evaporan, la duracin se suele dar en horas a una temperatura dada. Por ejemplo, 2000 horas a 105C (que es la mxima temperatura de trabajo) es un valor tpico. La duracin se dobla por cada 10C menos, alcanzando los 15 aos de duracin a 45C. Por supuesto existen un gran nmero de condensadores mucho ms viejos que aun funcionan. La mayora de los condensadores se evalan para funcionar a 85C como mximo, aunque existen de -50 hasta 150C.CAPACIDAD

El valor de lacapacidadde cualquier condensador es una medida de la cantidad de carga almacenada, por unidad de diferencia de potencial entre sus placas. La unidad bsica de capacidad en elsistema internacional de unidadeses elfaradioque es unculombioporvoltio, sin embargo esta unidad es muy grande para las capacidades tpicas de los condensadores reales (hasta la invencin delcondensador de doble capa), de forma que elmicrofaradio(10-6),nanofaradio(10-9) ypicofaradio(10-12) se usan ms comnmente. Estas unidades se abrevian como F o uF, nF y pF.

Hay varios condicionantes para determinar el valor de la capacidad de un condensador, como la delgadez del dielctrico y el rea de las placas. En el proceso de fabricacin, los condensadores electrolticos se hacen para adaptarse a determinados nmeros preferidos. Multiplicando esos nmeros preferidos por un orden de magnitud y combinando varios cualquier valor se puede conseguir, permitiendo la mayora de combinaciones tiles para aplicaciones prcticas.

Hay un conjunto de "nmeros estandarizados bsicos" para que el valor de cualquier condensador electroltico moderno se pueda derivar multiplicando estos nmeros bsicos, que son 1.0,1.5,2.2,3.3,4.7o6.8por potencias de 10. As, es comn encontrar condensadores de valores de 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 220, etctera. Usando este mtodo, rangos de valores desde 0.1 hasta 4700 son comunes en la mayora de las aplicaciones. Estos valores se dan generalmente en microfaradios (F).

Muchos condensadores electrolticos tienen un rango detoleranciadel 20%. Esto significa que el fabricante indica que el valor real del condensador cae dentro del 20% de su valor marcado. Seleccionando las series preferidas se asegura que se pueda comercializar cualquier condensador como un valor estndar, dentro de la tolerancia. Algunos condensadores tienen tolerancias asimtricas, tpicamente -20% para la negativa, pero con mucha ms tolerancia positiva. La indicacin de la tolerancia en el empaquetado evita tener que medir cada condensador individual.

VARIANTES

Al contrario que otros condensadores que usan dielctricos hechos de un material aislante intrnseco, el dielctrico en los condensadores electrolticos dependen de la formacin y estabilidad de una capa microscpica de xido metlico. Comparados con los normales, esta capa verdaderamente fina de dielctrico permite capacidades mucho mayores en el mismo volumen, pero mantener la integridad de esta finsima capa de xido requiere la cuidadosa aplicacin de la polaridad correcta en corriente continua, o sino la capa de xido se deshace o rompe causando que el condensador falle. Adicionalmente, los condensadores electrolticos usan internamente qumica de disoluciones y pueden fallar eventualmente si el agua de la disolucin se evapora debido a temperaturas altas.

La capacidad de los electrolticos no est tan precisamente especificada como en el caso de los condensadores de dielctrico solido normales. Especialmente con los electrolticos de aluminio, es bastante comn ver especificaciones que "garantizan un valor mnimo" sin "lmite mximo" de capacidad. Para la mayora de los propsitos (como en alimentadores de corriente o acoplamiento de seales) este tipo de especificacin es aceptable.

Como ocurre con los condensadores de dielctrico slido normales, los condensadores electrolticos vienen en diferentes variedades:

Aluminio: compacto pero poco preciso, los hay disponibles en el rango de