TRABALHO DE PESQUISA SOBRE ULTRACAPACITORES, Notas de estudo de Circuitos Elétricos

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO

RIO DE JANEIRO – CAMPUS PARACAMBI

PESQUISA:

ULTRACAPACITORES

Aluno: Caio Felizardo Cruz

Professor: Barreto

Turma: ELE 381

Sumário

• 1.0 INTRODUÇÃO
• 2.0 CAPACITORES
• 3.0 ULTRACAPACITORES
  • 3.2 CARGA E DESCARGA
• 4.0 SISTEMAS HÍBRIDOS
• 5.0 CONCLUSÃO

3.0 ULTRACAPACITORES

Também conhecidos por megacapacitores ou supercapacitores, usam uma abordagem um tanto diferente das clássicas placas condutoras. Como citado, a capacidade de armazenamento depende da área da superfície do material condutor e da espessura do dielétrico entre os dois polos. Nos ultracapacitores não há exatamente placas nem folhas metálicas, o que existe é uma nanoestrutura esponjosa de carbono ativado fazendo o papel de uma das placas (eletrodo). Justamente por ser uma estrutura porosa, a área da superfície resultante é enorme mesmo em uma porção diminuta do material.

Para o que seria a segunda placa, no ultracapacitor é usado um líquido condutor chamado eletrólito. O que ocorre é que a esponja de carbono é mergulhada no eletrólito que penetra pelos seus poros permeando toda a estrutura. Então, toda a superfície da estrutura entra em contato com o líquido. Esse contato produz uma reação química que cria uma película isolante entre o carbono e o eletrólito, que acaba funcionando como dielétrico.

Portanto, além de o eletrodo ter uma área superficial imensa em relação ao volume que ocupa , a espessura do dielétrico é da ordem de algumas moléculas. O resultado é um capacitor com uma capacidade de carga que pode ser centenas de vezes maior que um capacitor comum do mesmo tamanho.

Estes capacitores ainda são muito caros e mesmo tendo uma capacidade de carga muito maior que os capacitores comuns, ainda não conseguem competir com baterias mais tradicionais em quantidade de carga armazenada, então o custo benefício não é tão favorável assim, porém isso está mudando. Conforme estes componentes se popularizarem, a produção tende a ficar mais barata. E quanto à capacidade de carga, eles ainda estão no início de sua evolução, muito pode ser melhorado em uma tecnologia recente.

3.2 CARGA E DESCARGA Mesmo depois que os utracapacitores baratearem e evoluírem, ainda assim as baterias químicas vão continuar tendo seu espaço em projetos de eletrônica. As características de carga e descarga são na pratica opostas quando comparamos as duas tecnologias.

Ao contrário das baterias químicas, um ultracapacitor tem uma resistência interna praticamente desprezível, então nada limita a corrente durante a carga e descarga. Isso significa que ele pode ser carregado em segundos, ou talvez em frações de segundo. Também quer dizer que o capacitor é capaz de entregar toda a energia armazenada nele de uma só vez em um pulso superpotente.

Essa característica torna os ultracapacitores apropriados para aplicações onde é necessário usar uma grande quantidade de energia em um intervalo muito curto de tempo. Por exemplo, motores de partida de caminhões.

Na verdade o problema com os ultracapacitores é justamente conseguir que entreguem lentamente, um pouco por vez, a energia que armazenam como fazem as baterias químicas. Para conseguir isso, é necessário acrescentar um circuito limitador de corrente, que como todo circuito, vai consumir alguma energia diminuindo a eficiência do capacitor.

Já as baterias químicas dependem de reações químicas para armazenar e fornecer energia. Então embora possam ter uma capacidade de armazenamento de energia muito grande, não podem ser carregadas rapidamente e nem fornecer e nem fornecer energia em grande quantidade, mesmo por um período curto de tempo. Mas são perfeitas para alimentar dispositivos de baixo consumo por longos períodos de tempo.

4.0 SISTEMAS HÍBRIDOS

Não demorou muita para que surgisse a ideia de combinar os ultracapacitores com baterias químicas para juntar as vantagens de suas tecnologias. Um sistema misto usando baterias e ultracapacitores é capaz de prover um fornecimento constante de baixa corrente por um longo período de tempo e eventualmente, quando for necessário, fornecer, por um breve período uma descarga de alta potência.

Sistemas de som automotivo já usam dispositivos com ultracapacitores para alimentar os subwoofers e evitar danos à bateria do carro. O consumo de energia em sistemas de som de alta potência varia de acordo com a música. Em momentos de uso intensivo dos subwoofers, o consumo pode atingir níveis que a bateria do carro não consegue suprir. Nesses momentos o ultracapacitor entra em cena complementando o suprimento de energia. Circuitos embutidos no dispositivo cuidam da carga e da descarga dos capacitores e podem oferecer recursos como auto desligamento, voltímetros, leds de status e outros.

Estes dispositivos são caros, mas sua potência impressiona. Na foto abaixo um ultracapacitor de 50 Farads para sistemas de som automotivos. S e fosse carregado com 16 volts e descarregasse tida a energia armazenada em 1 segundo, a potência liberada seria de 6,4 KW/s.