Cap. 2.5. Os componentes: Capacitor de Plástico

Cap. 2.5. Os componentes: Capacitor de Plástico

13/06/2018

  Mais um artigo da série sobre eletrônica, desta vez sobre os capacitores feitos de plásticos!

  Sem dúvidas, os materiais plásticos mais utilizados em capacitores são: poliéster, poliestireno (também chamado de styroflex), policarbonato e polipropileno. Ambos os materiais feitos de polímeros e são bastante sensíveis a temperatura. É aconselhável utiliza-los em aplicações de baixa frequência, já que, o plástico acaba ficando instável, isto é, a capacitância pode variar com sinais oscilando de maneira muito rápida. A substituição de capacitores cerâmicos danificados por capacitores a base de plástico pode fazer com que o circuito pare de funcionar ou fique instável pois, capacitores de cerâmica, na maioria das vezes, são aplicados em circuitos de alta frequência. Os capacitores plásticos também costumam apresentar suporte a tensões altas.

  Há duas estruturas básicas para capacitores de plástico: os metalizados e os não metalizados. Veja as diferenças abaixo:

 

CAPACITORES DE PLÁSTICO METALIZADO

  A estrutura interna destes capacitores, normalmente é composta por dois filmes de plástico. Nos dois filmes, uma película metálica é colocada sobre uma das faces, sendo que, uma das bordas de cada filme não recebe esta película. Esta película, normalmente é uma folha de Alumínio. Abaixo, veja o diagrama simplificado destes capacitores:

  As faces que não possuem esta película metálica são juntadas e os dois filmes são enrolados. Os dois terminais são soldados nas extremidades deste enrolamento, sendo que um terminal fica em contato com a película metálica de um filme e o outro terminal entra em conato com a película metálica do outro filme.

 

CAPACITORES DE PLÁSTICO NÃO-METALIZADO

  A estrutura interna destes capacitores, também é composta por dois filmes de plástico. Nos dois filmes, uma película metálica é colocada sobre uma das faces, sendo que, uma das bordas de cada filme não recebe esta película. Esta película, normalmente é Alumínio depositado através de um processo de vaporização (diferente dos capacitores de plástico metalizado onde é colocado uma folha de Alumínio). Abaixo, veja o diagrama simplificado destes capacitores:

  As faces que não possuem esta película metálica são juntadas e os dois filmes são enrolados. Os dois terminais são soldados nas extremidades deste enrolamento, sendo que um terminal fica em contato com a película metálica de um filme e o outro terminal entra em contato com a película metálica do outro filme.

 

  OBSERVAÇÃO: Nos diagramas acima, os desenhos estão mostrando um sanduíche de camadas de Alumínio e plástico, mas como foi dito nas explicações e nas imagens presentes neste texto, é apenas dois filmes plásticos com metal que são dobrados (ou enrolados, como preferir) várias vezes e então prensados, dando a impressão de serem multicamadas. Existem capacitores de plástico com vários enrolamentos de filmes plásticos com metal que são prensados e ligados em série.

 

 CURIOSIDADE: Quando uma sobrecarga afeta um capacitor plástico não-metalizado, vemos que ele não se danifica tão fácil pois, os filmes são ultra sensíveis e podem evaporar caso haja um excesso de tensão e o material se rompa, evitando assim, um curto circuito. Por isso dizem que capacitores plásticos se "auto regeneram" ou se auto-recuperam (self-healing).

  A película metálica é ultra fina, possui em torno de 20 a 50 nm, e são depositadas a vácuo sobre o filme plástico. Caso ocorra um campo elétrico que exceda o limite do dielétrico, vai perfurar as armaduras, fazendo com que a película metálica evapore, não tento mais o elemento condutor na região, apenas o material isolante, que no caso é o plástico. Veja abaixo, um furo nas armaduras de um capacitor de plástico devido a uma sobrecarga:

  Mas e o plástico, ele fica intacto? A resposta é não! A temperatura no local da evaporação do metal transforma o plástico em plasma. Este plasma está altamente comprimido e tenta se expandir, formando uma espécie de bolha. A película de metal que entra em contato com a bolha também evapora mas, em contrapartida, a expansão faz com que o plasma acabe esfriando rapidamente, coisa de microssegundos, minimizando os efeitos e evitando que o capacitor entre em curto.

  Veja abaixo, um gráfico com o processo de vaporização do metal e expansão do plasma e um capacitor de plástico:

  Como no local que ocorreu a sobrecarga o metal evaporou e só sobrou o dielétrico, o capacitor pode continuar a ser utilizado normalmente mas, com um pequeno porém, a capacitância se reduz a cada vez que ocorre o processo de evaporação do metal.

  Vamos entrar em detalhes sobre o plasma no artigo sobre a TV de Plasma e no artigo sobre a lâmpada fluorescente. Lembre-se que, como foi dito, apenas os capacitores de plástico com Alumínio vaporizado possuem a característica de se regenerar.

 

  CURIOSIDADE: Um fator que prejudica os capacitores de plástico é o "efeito corona". Este efeito é o resultado do contato do campo elétrico com o ar, a umidade e partículas de poeira. Os capacitores de plástico sofrem mais com a ação do ar, mesmo a película metálica sendo depositada a vácuo e os filmes plásticos estarem super juntos um do outro, pode restar uma miníma quantidade de ar entre os filmes, nas bordas e cantos do componente. Quando o campo elétrico supera a rigidez dielétrica do ar, ocorrem descargas de corona, que podem afetar a estrutura do capacitor.

  Entre os problemas gerados, estão a evaporação da película metálica, bombardeamento de íons e elétrons no filme plástico, deteriorando o dielétrico e reduzindo assim a tensão de ruptura do capacitor, podendo em alguns casos gerar até curto-circuito. Existe um nível de tensão onde começa a surgir problemas com o efeito corona (Início de Tensão Corona VCD), e este nível é dado pela construção interna dos capacitores, principalmente o nível de tensão atingido nas bordas do dielétrico e a espessura do mesmo. Se utilizar capacitores com vários enrolamentos ligados em série internamente, o nível de tensão limite para o surgimento do efeito corona pode ser menor. Se utilizar um capacitor abaixo da tensão VCD, o efeito corona será nulo.

 

  Voltando para a explicação da estrutura do capacitor de plástico, em alguns casos, as fabricantes optam por utilizar um tubo metálico e enrolar o plástico sobre o tubo. É válido lembrar que, capacitores de plástico, independente do tipo, não possuem polaridade. Capacitores plásticos também não possuem versões SMD (Surface Mounting Device - Dispositivo de Montagem em Superfície) devido ao tamanho deles. Por mais que o enrolamento seja prensado, é necessário uma grande quantidade de material para gerar as tensões de trabalho e capacitâncias normais, isso torna eles muito grandes para serem aplicados em smartphones, tablets, notebooks e outros dispositivos eletrônicos compactos.

  Veja imagens de capacitores plásticos abertos abaixo:

  Obs: Devido os materiais serem super frágeis, até o momento não consegui desmontar um capacitor plástico sem danifica-lo. :(

   Veja abaixo, outra imagem com dois capacitores de plástico desmontados:

  Capacitores plásticos podem ter um encapsulamento plástico, igual ao da primeira imagem, o que faz ele ter um formato retangular e achatado e também ser super sensível a temperatura. Capacitores plásticos também podem utilizar um encapsulamento de resina, normalmente epóxi, que é mais resistente que o plástico. Com resina, o capacitor também assume um formato retangular e achatado mas, com as pontas arredondadas, assim como os capacitores alaranjado e marrom da segunda imagem.

 

  Os materiais plásticos utilizados são derivados de Carbono e por isso, são também chamados de polímeros. Com isso, você pode lembrar dos substitutos dos capacitores eletrolíticos, os capacitores CPA. Os CPA também são feitos com plásticos mas, possuem Alumínio oxidado servindo de dielétrico e um polímero específico apenas para melhorar a condução. Os capacitores explicados neste artigo, tem como dielétrico o próprio polímero. O que vai definir suas características técnicas é o tipo de polímero (poliéster, poliestireno, polipropileno, policarbonato), a quantidade de polímero utilizada, a quantidade de metal utilizado na película metálica e as dimensões, isto é, largura e comprimento do filme plástico / metal e o tamanho do(s) enrolamento(s).

  Como foi dito mais acima, alguns capacitores plásticos podem ter vários enrolamentos ligados em série em seu interior.

 

  Para relembrar o que é e como é feito um polímero, vou citar um trecho do artigo sobre capacitores CPA:

 

  "Os polímeros utilizados em capacitores CPA são sintéticos pois, são feitos de resina de petróleo, carvão mineral ou até mesmo cana-de-açúcar. Esse tipo de polímero pode ser feito sob um processo de poliadição, onde se utiliza unidades de repetição iguais. Estas unidades são colocadas em um reator juntamente com um catalizador que quebra as ligações duplas dos monômeros numa reação em cadeia, e esta reação só termina quando é adicionado um material para encerrar o processo.

  Outro processo que pode ser utilizado é o de policondensação. Neste processo, monômeros diferentes são adicionados ao reator, onde ocorre a eliminação de moléculas de baixa massa molecular, possibilitando que o restante dos monômeros se unam e formem um polímero específico sem a quebra de duplas ligações. Ao contrário da poliadição, a policondensação é um processo lento e que produz polímeros na faixa de 10.000 g/mol contra 20.000 g/mol da poliadição."

 

POLIÉSTER

  O poliéster é uma categoria de polímeros que possui um grupo funcional éster em sua estrutura. Podem ser feitos de produtos de origem natural, tal como a cutina, presente nas plantas ou de origem artificial, utilizando materiais sintéticos a partir de um processo de policondensação, gerando policarbonato, polibutirato, entre outros produtos, sendo que, muitos deles não são biodegradáveis. Poliésteres normalmente são termoplásticos mas, pode ser encontrados poliésteres termoendurecidos.

 

POLIPROPILENO

  O polipropileno é um termoplástico, ou seja, é fácil de ser moldado em altas temperaturas e é 100% reciclável. Este material é derivado do propeno, um hidrocarboneto insaturado.

 

POLIESTIRENO

  O poliestireno é um homopolímero, resultado do processo de polimerização do monômero de estireno. É um termoplástico, fácil de moldar e bastante flexível a altas temperaturas. Os capacitores de styroflex são feitos de poliestireno.

 

POLICARBONATO

  O policarbonato é um tipo de polissacarídeo, um polímero de cadeia longa formado de grupos funcionais unidos por grupos de carbonato. Também é termoplástico e o tipo mais utilizado em produtos gerais é o policarbonato a base de Bisfenol A.

  Capacitores plásticos usavam o mesmo método de identificação de resistores, isto é, uma sequência de listras que significavam os valores do componente, por isso que antigamente eles eram chamados de capacitores "zebrinha". Veja a ordem das cores no desenho abaixo:

  Veja abaixo, a tabela de cores para capacitores plásticos:

  O valor da faixa 1 e da faixa dois devem ser concatenados. A faixa 3 é a quantidade de zeros após o número, a faixa 4 é a tolerância e a faixa 5 a tensão de trabalho.

 

  Atualmente eles são marcados com alguns códigos e os valores de capacitância e tensão diretamente em sua carcaça. Veja imagens destes capacitores abaixo:

  O capacitor de cor amarela é de 680 nanoFarads e 275 Volts. O capacitor de cor azul é de 220 nanoFarads e 275 Volts e o capacitor laranjado é de 0,1 microFarads a 250 Volts.

   Os capacitores acima, são de 100 nanoFarads e 65 Volts. É válido lembrar que, a cor dos capacitores plásticos atuais não influência na capacitância, cada marca pode pintar os capacitores de qualquer cor. Existem capacitores verdes, marrons, vermelhos, azuis, roxos, amarelos, enfim, uma infinidade de cores.

 

  Alguns capacitores pode vir com um destes códigos apresentados abaixo. Eles indicam os materiais utilizados nos capacitores.

   Os capacitores plásticos estão entre os mais fáceis de se identificar!

   Como você pode ver, existem vários materiais plásticos que são utilizados em capacitores. Eles são os substitutos dos capacitores de papel e possuem tamanhos maiores que o comum e abrangem uma ampla faixa de capacitância mas, seu uso não aconselhável em circuitos que operam em altas frequências.

  Se você gostou, deixe sua curtida e compartilhe! Caso tenha ficado com alguma dúvida, mande um e-mail para hardwarecentrallr@gmail.com

 

 CRÉDITOS e FONTES

 

Texto, imagens e gráficos: Leonardo Ritter

Fontes: UFPR (Universidade Federal do Paraná); Unioeste (Universidade do Oeste do Paraná); Grupo Alternativo de Carga Pesada (site); PowerGuru; TecnoGera; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).

 

Última atualização: 22 de Julho de 2019.

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