Condensadores Trabajo Autonomo.docx

Universidad Tecnológica del Perú Facultad de Ingeniería Carrera de Ingeniería Industrial

ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA POR PROCEDIMIENTOS NO CONVENCIONALES: Uso de condensadores comerciales y de condensadores no convencionales Integrante: LIZA GABRIELA CARRION IDME

Docente: Lic. Jeison I. Manchego Palomino Arequipa – Perú 2016

ÍNDICE

1. PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA  ¿Los alumnos del aula A0311 saben algo respecto al tema?  ¿Podemos reconocer la diferencia entre un condensador comercial y un condensador no convencional?

2. Objetivos de la investigación:

a. Objetivos generales:  Informar mediante un buen trabajo de investigación sobre el tema del Uso de condensadores comerciales y de condensadores no convencionales a mis compañeros.

3. JUSTIFICACIÓN

El tema de que estoy realizando es muy importante para mis compañeros y tanto como para mí ya que en el curso de Circuitos eléctricos y electrónicos entraremos al tema de condensadores; esto me ayudara a compre mejor y ampliar mi conocimiento respecto al tema.

4. LIMITACIONES

El tema es muy amplio, la información se puede obtener mediante libros o como en este caso lo estoy realizando mediante la información encontrada en internet, una limitación vendría hacer que no todas las páginas encontradas sobre el tema son verídicas.

5. MARCO TEÓRICO

3.1. ANTECEDENTES:

No existe un inventor claro del condensador electrolítico. Es uno de los muchos casos de tecnología que se pueden considerar una curiosidad de laboratorio, la clásica "búsqueda de solución para un problema".

El principio del condensador electrolítico fue descubierto en 1886 por Charles Pollak, como parte de su investigación en la anodización del aluminio y otros metales. Pollack descubrió que debido a la delgadez de la capa de óxido de aluminio producida, había mucha capacitancia entre el aluminio y la solución de electrolito. Un problema importante era que la mayoría de los electrolitos tendían a disolver esta capa de óxido de nuevo cuando la tensión se eliminaba, pero finalmente él encontró que el perborato de sodio bóraxpermitía la creación de la capa sin atacarla después. Le fue concedida una patente para el condensador electrolítico de aluminio con disolución de bórax en 1897.

Los condensadores del siglo XIX y principios del XX tienen pocas similitudes con los actuales, y eran construidos de forma más parecida a una batería de coche. El electrolito de disolución de bórax tenía que ser periódicamente redisuelto con agua destilada, algo que recuerda a las baterías de plomo ácido.

La primera aplicación masiva de las versiones de corriente continua de este tipo de condensador fue en las centralitas telefónicas para suavizar los cambios de estado de los relés de las líneas de 48 voltios. El desarrollo de los receptores de radio domésticos de corriente alterna, a finales de los 1920 requirieron de la producción de condensadores de alta capacidad (para la época) y alto voltaje, como mínimo de 4 microfaradios y hasta 500 voltios. Los de papel enrollado y plata con aceite estaban disponibles entonces pero los dispositivos con ese orden de capacidad y voltaje eran pesados y prohibitivamente caros. El primer prototipo de un condensador electrolítico moderno fue patentado por Julius Lilienfield en 1926. Su diseño seguía las líneas del condensador de mica y plata, pero con papel empapado en electrolito en lugar de la mica. Se probó que era difícil refrigerar el dispositivo y en las condiciones calientes típicas de los los receptores de radio se agujereaban y fallaban.

El ingeniero retirado del ejército de Estados Unidos Ralph D. Mershon desarrolló el primer condensador electrolítico para radio comercialmente disponible en cualquier

cantidad, aunque algunos otros investigadores produjeron dispositivos similares. El "condensador Mershon" como se le conoció, estaba construido como un condensador de papelconvencional, con dos largas tiras de película de aluminio enrolladas con tiras de papel empapado en solución electrolítica, en lugar de cera. En lugar de intentar cerrarlo herméticamente, la solución de Mershon fue simplemente meter el condensador en una lata de aluminio o cobre, llena hasta la mitad de electrolito extra. (Estos son llamados "electrolíticos húmedos" por los radioaficionados, y los que se encuentran aún con algo de líquido dentro son piezas de coleccionista).

A pesar del éxito inmediato de Mershon (y el nombre "Condensador de Mershon" fue durante un corto tiempo sinónimo de receptores de radio de calidad en los años 20), debido a varias dificultades de fabricación su tiempo de vida en funcionamiento era corto y la compañía de Mershon quebró a comienzos de la décad de 1930.

No fue hasta la segunda guerra mundial cuando se dedicaron suficientes recursos para encontrar las causas de los problemas, que los condensadores electrolíticos se convirtieron en los componentes útiles que son hoy en día.

6. MARCO CONCEPTUAL: 4.1.

CAPACIDAD DE UN CONDUCTOR

Cuando un conductor se carga, es decir, se le comunica una carga eléctrica, adquiere un cierto potencial, que depende de consideraciones geométricas (de su forma). Pues bien; a la relación entre carga y potencial se le llama CAPACIDAD de ese conductor. Podemos entonces definir una magnitud llamada CAPACITANCIA o CAPACIDAD, como la relación entre la carga almacenada (Q) y la tensión a la que se encuentra (V). Escribimos entonces:C = Q / V

Un conductor que, con la misma carga que otro, adquiera menor potencial, tendrá más capacidad que el segundo, y viceversa. La unidad de capacidad es el FARADIO. El faradio es una unidad tan sumamente grande que no resulta en absoluto práctica.. Los submúltiplos del Faradio son:  El microfaradio (m F) = 0,000001 F. (10-6 F )  El nanofaradio (nF) = 0,000000001 F. (10-9 F)  El picofaradio (pF) = 0,000000000001 F. (10-12 F) En un Capacitor la relación carga / tensión es constante y se llama CAPACITANCIA, y su unidad es el Faradio. Símbolos

4.2.

TIPOS DE CAPACITORES:

4.2.1.

CAPACITORES FIJOS Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus características dependen principalmente del tipo de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dieléctrico usado. De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos:  Cerámicos.  Plástico.  Mica.  Electrolíticos.  De doble capa eléctrica.

4.2.2.

Capacitores cerámicos El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material más utilizado el dióxido de titanio. Este material confiere al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos:

Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante.

Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento. Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten amplias posibilidades de diseño mecánico y eléctrico. Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las siguientes:

 Capacitancias en la gama de 0,5 pF hasta 470 nF 

Tensión de trabajo desde 3 V. a 15.000 Volts o más.

 Tolerancia entre 1% y 5% 

Relativamente chicos en relación a la Capacitancia.



Amplia banda de tensiones de trabajo



Son adecuados para trabajar en circuitos de alta frecuencia.



Banda de tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisión.

Capacitores cerámicos 4.2.3.

Capacitores de plástico Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de funcionamiento. Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el segundo). Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales: KS: styroflex, constituidos por láminas de metal y poliestireno como dieléctrico. KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de polipropileno. MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado.

MKY: dieléctrico de polipropileno de gran calidad y láminas de metal vaporizado. MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno (poliéster). MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el dieléctrico.

A nivel orientativo estas pueden ser las características típicas de los capacitores de plástico: TIPO CAPACIDAD TOLERANCIA

TENSION

TEMPERATURA

KS

2pF-330nF

+/-0,5% +/-5%

25V-630V

-55ºC-70ºC

KP

2pF-100nF

+/-1% +/-5%

63V-630V

-55ºC-85ºC

MKP 1,5nF-4700nF +/-5% +/-20% 0,25KV-40KV

-40ºC-85ºC

MKY 100nF-1000nF +/-1% +/-5% 0,25KV-40KV

-55ºC-85ºC

MKT 680pF-0,01mF +/-5% +/-20%

25V-630V

-55ºC-100ºC

MKC 1nF-1000nF

25V-630V

-55ºC-100ºC

4.2.4.

+/-5% +/-20%

Capacitores de mica El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el tiempo.

4.2.5.

Capacitores electrolíticos En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está constituida por un conductor iónico o electrolito.

Presentan unos altos valores capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos son polarizados. Podemos distinguir dos tipos:  Electrolíticos de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y el electrolito de tetraborato armónico.

 Electrolíticos de tántalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tántalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo más elevado.

Las principales características de los capacitores electrolíticos son:  Capacitancia en la gama de 1uF a 220.000 uF.  Tensiones de trabajo entre 2 y 1.000 V.  Tolerancia entre –20% y +50%, generalmente.  La corriente de fuga es relativamente alta o sea que la aislamiento no es excelente.  Son polarizados, se debe respetar la polaridad.  La capacidad aumenta a medida que el capacitor envejece.  Tienen una duración limitada.  La Capacitancia varía ligeramente con la tensión.  Los capacitores electrolíticos no se usan en circuitos de alta frecuencia, se usan en circuitos de baja frecuencia, uso general y corriente continuo. Capacitor electrolítico: Tiene polaridad, normalmente se marca el negativo con el signo - . El terminal negativo es el de menor longitud.

Hay que asegurarse de no conectar el capacitor entre dos puntos del circuito cuya tensión supere la máxima que soporta el capacitor.

4.3.

IDENTIFICACIÓN DE CAPACITORES Vamos a disponer de un código de colores, cuya lectura varía según el tipo de condensador, y un código de marcas, particularizado en los mismos. Primero determinaremos el tipo de condensador (fijo o variable) y el tipo concreto dentro de estos. Las principales características que nos vamos a encontrar en los capacitores van a ser la capacidad nominal, tolerancia, tensión y coeficiente de temperatura, aunque dependiendo de cada tipo traerán unas características u otras. En cuanto a las letras para la tolerancia y la correspondencia número-color del código de colores, son lo mismo que para resistencias. Debemos destacar que la fuente más fiable a la hora de la identificación son las características que nos proporciona el fabricante. Capacitores cerámicos tipo placa, grupo 1 y 2.

Capacitores cerámicos tipo disco, grupo 1.

Capacitores cerámicos tipo disco, grupo 2.

Capacitores cerámicos tubulares. CÓDIGO DE COLORES

CÓDIGO DE MARCAS

Capacitor de 100 nF con diferentes códigos códigos.

Capacitores de plástico. CÓDIGO DE COLORES

Capacitor de 22 nF con diferentes

CÓDIGO DE MARCAS

Capacitores electrolíticos Estos capacitores siempre indican la capacidad en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. Dependiendo del fabricante también pueden venir indicados otros parámetros como la temperatura y la máxima frecuencia a la que pueden trabajar. Tenemos que poner especial atención en la identificación de la polaridad. Las formas más usuales de indicación por parte de los fabricantes son las siguientes:

Capacitores de tantalio Actualmente estos capacitores no usan el código de colores (los más antiguos, si). Con el código de marcas la capacidad se indica en microfaradios y la máxima tensión de trabajo en voltios. El terminal positivo se indica con el signo +:

Estos capacitores electrolíticos de tantalio, tienen un costo más elevado, debido a que poseen mejores características y tienen mayor precisión y estabilidad.

5.

Funcionamiento del CTS como Protección Convencional

Un sistema CTS completo con sus terminales, sus bajadas, sus buenas puestas a tierra y sus protecciones complementarias parece constituir un buen sistema convencional y de hecho es de esta forma que proporciona protección, más allá de la eventual disminución de Rs. Sin embargo, se debe tener en cuenta que muchos dispositivos ionizadores están compuestos de conductores de sección muy inferior a la requerida en un captor para recibir una descarga sin sufrir daño, lo cual puede llevar a que un impacto dañe las puntas y las haga caer, constituyendo un riesgo para el sistema protegido y alrededores. También los hace vulnerables debido a la corrosión (ver puntas en los CTS en forma de sombrilla y en los que tienen forma de esfera o de plumero. Por otra parte se debe tener en cuenta que, aunque haya protección, una cosa es conocer el mecanismo por el cual la protección actúa, llevando la corriente de los rayos a tierra y suprimiendo los transitorios y otra muy distinta es creer que la ausencia de daños se debe a la falta de impactos ya que esto puede llevar a no darle la importancia que tiene el mantenimiento de las protecciones adicionales. Si se tiene en cuenta esta consideración, lo que corresponde es realizar un diseño convencional tomando en cuenta todos sus aspectos. 6.

Resumen sobre Dispositivos CTS

Los sistemas de transferencia de carga o disipativos no son capaces ni de evitar los rayos ni de desviarlos de las estructuras o sistemas a proteger. No es posible ni neutralizar la nube ni la guía escalonada. La menor distancia de impacto que presentan ciertos dispositivos CTS se debe únicamente a su forma geométrica y no a la disipación de iones en el aire. En torres altas teóricamente se podría constatar una disminución de los rayos iniciados desde la estructura. Esto no ha sido confirmado por experiencias de campo ya que muchas torres de comunicaciones registran similar número de impactos antes y después de la instalación de dispositivos CTS. Incluso los científicos que han pretendido validar este sistema de protección han llegado a la conclusión de que la protección solo comprende el área de un CTS en forma de paraguas sin añadir protección a la estructura cercana. Esto confirma además que todos los otros

sistemas de disipación mediante emisión de iones que no tienen esa forma son inútiles en todos los casos. El 80 % de los rayos son iniciados en la nube. El CTS es totalmente inefectivo frente a este tipo de rayos. Del 20 % restante solo una parte menor podría ser inhibida por un CTS.

7.

WEBGRAFÍA  (2011)CONEXIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES NO CONVENCIONALES AL SISTEMA ELÉCTRICO Recuperado el 11 DE Junio del 2016, De http://web.ing.puc.cl/power/paperspdf/DanielCelis.pdf  (2006)GENERACIÓN ELÉCTRICA NO CONVENCIONAL Recuperado el 11 DE Junio del 2016, De http://www.arquba.com/monografias-dearquitectura/generacion-electrica-no-convencional/  (2013)CAPACITORES Recuperado el 11 DE Junio del 2016, De http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/capacitores/capac.htm  (2008)CONDENSADOR ELECTROLÍTICO Recuperado el 11 DE Junio del 2016, De https://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_electrol%C3%ADtico  (2010)PARARRAYOS NO CONVENCIONALES Recuperado el 03 DE Julio del 2016, De http://lightningsafety.com/nlsi_lhm/Pararrayos-NoConvencionales.pdf