Universidade Federal de Itajubá

Apresentação em tema: "Universidade Federal de Itajubá"— Transcrição da apresentação:

1 Universidade Federal de Itajubá
TRABALHO DE CONDICIONAMENTO DE ENERGIA EEL 805 Diego H. da Silva – 13211 Elisa Nagaoka – 14036 Fellype A. Nogueira – 15920 Ivan P. de Faria – 14499 Janaina C. Oliveira – 14044 João Victor P. de Abreu – 14046 Marcelo C. Rennó – 14059

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Objetivo Realizar um estudo relacionado com capacitores e supercapacitores, cuja finalidade é aprofundar o conhecimento no princípio de funcionamento, vantagens e desvantagens destes, e suas diversas aplicações. Para isto, serão feitas algumas comparações entre estes e outros tipos de armazenadores de energia.

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Capacitor Componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica. Apresenta semelhanças a uma bateria, embora funcione totalmente diferente, não produzindo novos elétrons. Possui dois terminais que são conectados a duas placas metálicas separadas por um dielétrico. 3

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História do Capacitor Começa em 1745 com a experiência da garrafa de Leyden projetada por Pieter van Musschenbroek na Holanda. 4

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História do Capacitor Capacitor Plano O inglês John Bevis conclui que a função do experimentador que segura a garrafa é ligar a garrafa à Terra e que o importante da garrafa é o vidro entre os dois condutores e, cria um novo capacitor com forma mais próxima dos capacitores dos nossos dias. Capacitor de Ar Em 1750, o professor alemão Franz Ulrich Theodor Aepinus faz experiências que o levam à construção de um capacitor com dielétrico de ar. Capacitores Atuais Atualmente, os capacitores podem classificar-se em eletrostáticos e eletrolíticos. 5

6 Princípio de Funcionamento
Universidade Federal de Itajubá Princípio de Funcionamento 6

7 Propriedades Elétricas
Universidade Federal de Itajubá Propriedades Elétricas A propriedade que os capacitores têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância ou capacidade (C) : A capacitância de um capacitor de placas paralelas idênticas é igual a: C = capacitância em faraday; Q = carga em coulomb; V = diferença de potencial em volt. C = capacitância em faraday; A = área da placa; d = distância entre as duas placas; εo = permissividade eletrostática do vácuo; εr= permissividade relativa do isolante utilizado. 7

8 Classificação dos Capacitores
Universidade Federal de Itajubá Classificação dos Capacitores De acordo com o material utilizado como dielétrico: cerâmica (valores baixos até cerca de 1 μF); poliestireno (geralmente na escala de picofarads); poliéster (de aproximadamente 1 nF até 1F); polipropilêno (baixa perda, alta tensão, resistente a avarias); tântalo (compacto, dispositivo de baixa tensão, de até 100 μF aproximadamente); eletrolítico (de alta potência, compacto e perda elevada, na escala de 1 μF a 1000 μF). 8

9 Associação de Capacitores
Universidade Federal de Itajubá Associação de Capacitores Paralela Série Mista 9

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Circuitos Elétricos Corrente que percorre um capacitor: I = corrente fluindo na direção convencional; dV/dt = derivada da tensão, em relação ao tempo. Reatância capacitiva XC = reatância capacitiva em ohms; f = frequência do sinal AC em hertz; C = capacitância medida em Farad. Impedância de um capacitor ZC = impedância em ohms; f = frequência do sinal AC em hertz; C = capacitância medida em Farad. 10

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Aplicações São utilizados para armazenar carga para utilização rápida, como no flash de câmeras fotográficas; Podem eliminar ondulações. Se uma linha que conduz corrente contínua (CC) possui ondulações e picos, um capacitor pode uniformizar a tensão absorvendo os picos e preenchendo os vales; São combinados com indutores para criar osciladores. São comumente usados em fontes de energia onde suavizam a saída de uma onda retificada completa ou meia onda. Por passarem sinais de Corrente Alternada (CA) mas bloquearem CC, são freqüentemente usados para separar circuitos CA de CC. Este método é conhecido como acoplamento AC. 11

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Aplicações Podem ser fabricados em aparelhos de circuitos integrados de semicondutores, usando linhas metálicas e isolantes num substrato. Tais capacitores são usados para armazenar sinais analógicos em filtros chaveados por capacitores, e para armazenar dados digitais em memória dinâmica de acesso aleatória (DRAM). Em sistemas elétricos de potência os capacitores são usados na correção de fator de potência. Tais capacitores freqüentemente vêm como três capacitores conectados como uma carga trifásica. Geralmente, os valores desses capacitores não são dados pela sua capacitância, mas pela sua potência reativa em var. 12

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Supercapacitor Condensador eletroquímico que é também conhecido como megacapacitor ou ultracapacitor. Possui uma extraordinária capacidade de armazenamento de energia quando comparado a capacitores comuns. 13

14 História do Supercapacitor
Universidade Federal de Itajubá História do Supercapacitor O primeiro supercapacitor, baseado em um mecanismo de camada dupla, foi desenvolvido em 1957 pela General Eletronics em uma patente que usava um eletrodo de carbono poroso. Acreditou-se que a energia fora armazenada nos poros de carbono, exibindo este capacidade "excepcionalmente alta" de armazenamento, embora o mecanismo fosse desconhecido naquele momento. 14

15 Comparação com Baterias
Universidade Federal de Itajubá Comparação com Baterias Vantagens: Pouca degradação em cima de centenas de milhares de ciclos; Boa reversibilidade; Menor peso; Baixa toxicidade de materiais usados; Eficiência de ciclo alta (95% ou mais). Desvantagens: A quantia de energia armazenada por peso de unidade é consideravelmente mais baixa que o de uma bateria eletroquímica; A tensão varia com a energia armazenada. Para armazenar efetivamente e recuperar energia é necessário controle eletrônico sofisticado. 15

16 Comparação com Baterias
Universidade Federal de Itajubá Comparação com Baterias Supercapacitores comparados a baterias chumbo- ácido, geralmente utilizadas nos automóveis: São dispositivos de alto desempenho em relação à densidade de potência. Densidade de Energia (kJ.kg-1) Densidade de Potência (kW.kg-1) Supercapacitores 3,6 – 1,8 0,3 – 1,0 Baterias Chumbo-Ácido 54 – 108 0,1 – 0,3 16

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Constituição Física Constituído basicamente por aerogels (um material de alta porosidade) ou pela associação de nanotubos de carbono com polímero deixando espaços minúsculos aos polímeros para encaixarem-se no tubo e agir como um dielétrico. O aerogel de carbono é um material que possui área superficial extremamente alta (em torno de m²/g). E capacidades de até 77F/cm3 para uma tensão máxima de 2.5V e densidade de energia de 325 kJ/kg (cerca de 70% da capacidade provida por baterias de polímero de lítio). 17

18 Princípio de Funcionamento
Universidade Federal de Itajubá Princípio de Funcionamento Baseia-se na separação de carga interfacial através de uma dupla camada elétrica. Com eletrodos de alta área superficial a capacitância por unidade geométrica é amplificada. 18

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Aplicações A aplicação mais promissora para os novos supercapacitores está nos veículos híbridos, embora sua combinação com energias limpas, como solar e eólica, possa transformá-los numa solução viável até mesmo para o abastecimento residencial em áreas não atendidas pela rede tradicional de distribuição. São usados como baterias de apoio em microeletrônicos, mas são esperadas aplicações para veículos elétricos. Tem sido propostos para diversos usos como, por exemplo, telefones celulares, computadores portáteis, terminais de dados “sem cabos”, sistemas automotivos de partida e veículos híbridos e elétricos. 19

20 Aplicações em Sistemas de Potência
Universidade Federal de Itajubá Aplicações em Sistemas de Potência 20

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Conclusões De acordo com a história da evolução dos capacitores e supercapacitores, foi possível observar que estes se tornaram, depois de muitos experimentos, mais eficientes e com tamanho reduzido com o passar dos anos. Possibilitando também a criação de diversos tipos, sendo que cada um possui sua finalidade, ou seja, são feitos para serem mais eficientes em determinados tipos de projetos. Através da comparação anteriormente realizada entre supercapacitores e baterias chumbo-ácidos, pode-se notar através da tabela 1, que os supercapacitores apresentam Densidade de Energia (kJ.kg-1) menor e Densidade de Potência (kW.kg-1) maior em relação às baterias chumbo-ácidos. Isto prova que estes possuem um alto desempenho com relação às baterias de acordo com a Densidade de Potência. 21

22 Referências Bibliográficas
Universidade Federal de Itajubá Referências Bibliográficas [1] HALLIDAY, D; RESNICK, R. Fisica. Rio de Janeiro: Livro Tecnico, Vol.2. [2] BOYLESTAD, R. Introdução à Análise de Circuitos. São Paulo. 10ª Edição. Prentice Hall. [3] Acessado às 16:25h no dia 10 de setembro de 2009. [4] Acessado às 18:59h no dia 10 de setembro de 2009. [5] Acessado às 17:15h no dia 11 de setembro de 2009. [6] Acessado às 19:30h no dia 11 de setembro de 2009. 22

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Obrigado! 23