Entenda o Funcionamento Tipos e Para Que Serve o Capacitor

Um dos componentes que figuram entre os mais utilizados dentro da eletrônica são os capacitores, que são capazes de armazenar energia na forma de campo elétrico no seu processo de carga, liberando essa energia no processo de descarga. São largamente utilizados para diversos fins, tanto em aplicações de corrente contínua, como temporizadores, retificadores e em corrente alternada para correção do fator de potência, filtros passivos, entre outros.

Como os capacitores são usados basicamente para armazenar energia, alguns cuidados devem ser tomados para garantir que trabalhem sempre dentro das suas especificações evitando sobreaquecimento que em alguns casos pode até a causar explosão do componente. Acompanhe esse artigo e fique por dentro de como funcionam os capacitores.

Funcionamento, Tipos e Aplicação do Capacitor

Basicamente, o capacitor consiste em duas placas metálicas condutoras separadas por um isolante dielétrico, sendo que esse dielétrico pode ser encarado como um material isolante qualquer, que em alguns casos dá nome ao capacitor (capacitores cerâmicos, de mica, de poliéster, etc).

Alguns tipos de de capacitores comuns no mercado

Exemplos de capacitores comuns no mercado

Todo capacitor tem um parâmetro denominado capacitância cuja unidade é o Farad (F), que determina quanta carga ele é capaz de armazenar. Como 1 Farad (1F) é considerado uma capacitância muito grande, o mais comum é vermos componentes com subunidades do Farad, como microFarad (uF), nanoFarad (nF) ou mesmo picoFarad (pF).

A tendência é de quanto maior a capacitância, maior as dimensões do capacitor, aumentando também os cuidados em seu manuseio. Há também uma tensão máxima impressa no capacitor, essencial para garantir a isolação do dielétrico e manter o funcionamento do dispositivo.

Comparado valores dos capacitores

Comparação de tamanho de diversos valores de capacitor eletrolítico

Outra característica importante dos capacitores é o seu processo de carga e descarga, que garante que a energia acumulada seja descarregada um tempo depois em outra parte do circuito.

Processo de carga e descarga dos

Simbologia usada para capacitores

Processo de Carga e Descarga de um capacitor

Analisando em corrente contínua, temos que um capacitor ligado a uma bateria tende a acumular cargas pelo efeito do campo elétrico. A placa ligada ao polo positivo acumula cargas positivas, assim como a placa ligada ao polo negativo que acumula cargas negativas.

Essas cargas não chegam a se combinar graças ao isolante (dielétrico) que separa as placas (também chamadas de armaduras) garantindo que o capacitor, em condições normais de funcionamento, não se torne num curto-circuito e sim um acumulador de cargas. A distância entre as placas também é determinante para o valor final da capacitância.

Funcionamento de um capacitor ligado em uma bateria

Funcionamento básico de um capacitor ligado a uma bateria, com acúmulo de cargas nas placas condutoras paralelas.

Enquanto conectado na bateria, o capacitor passa pelo processo de carga. Utiliza-se uma resistência em série com o capacitor para controlar seu tempo de carga, dependente da constante T equacionada abaixo:

T = R x C

Onde T é a constante de carga dada em segundos, R a resistência em série dada em Ohms, e C a capacitância em Farads.

O processo de descarga é análogo, ou seja, obedece o mesmo equacionamento. Veja abaixo um exemplo simples de carga e descarga de capacitores.

Processo de carga do capacitor ligado

Com a chave nessa posição verificamos o processo de carga, já que temos uma corrente fluindo da bateria para o capacitor, limitada pelo resistor R, e nesse caso com constante de carga T = 1s 

processo de descarga com o capacitor

Com o capacitor já carregado, troca-se a posição da chave e o capacitor se desconecta da bateria, passando a descarregar-se no resistor de 100k 

Há uma curva característica que descreve a carga e descarga de um capacitor, ilustrando também o significado da constante de carga.

Grafico descrevendo o processo de carga e descarga do capacitor

 Verifica-se, pelo gráfico, que o capacitor carrega mais rapidamente até a constante de carga T, corresponde a 63% da carga. Depois dessa marca, vemos que demora mais tempo para completar a capacidade máxima de carga do dispositivo. Para uma carga total, estima-se um tempo de 5xT, ou seja, para o exemplo anterior, o tempo total de carga é 5 segundos.

Tipos de Capacitores

No mercado há diversos tipos de capacitores, sendo citados abaixo os mais comuns:

Capacitor Cerâmico

São capacitores apolares, cujo dielétrico é feito de cerâmica. Geralmente possuem um encapsulamento de esfera achatada. Como tratam-se em sua maioria de capacitores muito pequenos, usa-se com uma codificação especial para obter seu valor nominal de capacitância.

Imagem ilustrando um capacitor cerâmico visto por dentro

Interior de um capacitor cerâmico, ilustrando suas placas separadas pelo disco dielétrico de cerâmica. 

Um capacitor cerâmico tem 3 algarismos na sua carcaça, sendo os dois primeiros significativos e o ultimo um multiplicador de base 10. Veja o exemplo abaixo.

Entenda os algarismos que são encontrados no capacitor cerâmico

 Para obter o valor do capacitor, considera-se os dois primeiros algarismos e acrescenta-se tantos zeros quanto forem indicados no terceiro algarismo. Nesse caso, temos 12.000 pF, ou seja, 12 nF de capacitância.

Capacitores de Poliéster

São também apolares, geralmente maiores que os de cerâmica e com a capacitância já impressa na resina externa.

Capacitores de Poliéster

Exemplos de capacitores de poliéster

Código de cor para Capacitores de Poliéster

No entanto há também fabricantes que optam pelo código de cores semelhante ao usado em resistores convencionais. 

Capacitor Eletrolítico

Usado em circuitos de corrente contínua, o capacitor eletrolítico é polarizado, ou seja, há um terminal específico para o positivo e outo para o negativo dentro do circuito. Nesse tipo de capacitor, as informações mais importantes estão impressas na capa plástica que envolve o dispositivo.

Polaridade do capacitor eletrolítico

A faixa de cor diferenciada indica o terminal negativo do capacitor 

Inverter essa polarização pode ser perigoso, já que o capacitor corre o risco de sofrer danos, e até explodir, mesmo em condições que seriam adequadas para seu funcionamento na polarização correta.

 Construção de um Capacitor Eletrolítico

O aspecto construtivo desse capacitor segue o modelo de camadas metálicas isoladas com dielétrico, feito dessa vez em forma de espiral no interior do dispositivo 

Polarizar corretamente o capacitor é essencial, para garantir seu funcionamento, Em casos de sobreaquecimento, o capacitor vai inflar sua parte superior que é chanfrada para aliviar a pressão interna. Em casos mais graves, ocorre a explosão desse chanfro, podendo causar acidentes.

 Identificando capacitor com defeito

Diferença entre um capacitor normal (à esquerda) e um comprometido (à direita) onde é possível observar o chanfro de segurança inflado por condições impróprias de trabalho. 

Conclusão

Vimos os principais tipos de capacitores, explorando seus ciclos de carga e descarga, simbologia e métodos de leitura nominal de capacitância. Para ler experimentalmente um capacitor utiliza-se o capacitímetro, com diversos modelos existentes no mercado. Há também capacitores variáveis, cuja capacitância pode ser ajustada apenas girando um parafuso

Acompanhe nossos próximos artigos para aplicações no uso de capacitores.

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