Capacitores y Ultracapacitores

1. Capacitores y Ultracapacitores Alumnos: Diego Topalian Javier Gonzalez Juan Manuel Castro Mercedes Castro Evans Ricardo Krasnov

2. Agenda • Capacitores • Uso de los Capacitores en la actualidad • Ultracapacitores • Uso de los Ultracapacitores en la actualidad • Futuro de los Ultracapacitores • Capacitores vs Baterías

3. Agenda • Capacitores • Uso de los Capacitores en la actualidad • Ultracapacitores • Uso de los Ultracapacitores en la actualidad • Futuro de los Ultracapacitores • Capacitores vs Baterías

4. Capacitor - ¿Qué es? • Un capacitor o condensador eléctrico es un componente:  • eléctrico (trabaja con corrientes y voltajes) • pasivo (no proporciona ganancia ni excitación)  • de dos terminales (que puede ser simétrico o bien, polarizado), y • que acumula carga eléctrica. 

5. Principales Características • Fijo o variable • Electrolítico o no, Con o sin polaridad y Material del dieléctrico • Capacidad eléctrica nominal C (en pF, nF, μF o en mF) • Tolerancia de la capacitancia (en %) • Voltaje máximo de operación ΔVmax (en V ó kV) • Temperatura máxima o Rango de temperatura de operación (en °C) • Tipo de encapsulado y terminales para montaje (axial o no, superficial o no) 

6. Construcción • Un capacitor está construido con dos electrodos, placas o "armaduras" metálicas muy próximas, separadas por un aislante denominado "dieléctrico", que puede ser el aire, un líquido, aceite, pasta, papel con parafina o cera, o un sólido rígido.  • Los capacitores "electrolíticos" tienen polaridad: un terminal “-” debe estar siempre a igual o menor potencial que el otro terminal “+”. • En estos capacitores, el dieléctrico es generalmente un electrolito líquido viscoso o una pasta salina. • Los dieléctricos sólidos rígidos pueden ser de materiales cerámicos como por ejemplo mica, vidrio, compuestos de tantalio, porcelana, o bien de polímeros como poliester (mylar), poliestireno, policarbonato, polipropileno o teflon. 

7. Funcionamiento

8. Tamaño • El tamaño del capacitor depende principalmente de tres parámetros: • de la capacidad C • del voltaje máximo (ΔV)max • de la constante dieléctrica ke del dieléctrico • En particular, en computación y sistemas digitales portátiles o miniaturizados (memorias, pendrives, MP3, etc.) se usan cerámicas avanzadas ferroeléctricas de altísimas constantes dieléctricas.

9. Tamaño

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11. En la actualidad • Los capacitores se emplean en un sinnúmero de aplicaciones dentro del campo de la Electricidad y la Electrónica.

12. Aplicación de Capacitores • El flash electrónico. • Tubos fluorescentes. • Circuitos de tiempo.

13. Aplicación de Capacitores • Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión. • Disminuir el consumo de intensidad en las instalaciones eléctricas. • Permitir el arranque de motores. • Convertir la tensión alterna en continua

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15. ULTRACAPACITORES

16. Clasificación • Condensadores de doble capa • Pseudocapacitores • Capacitores híbridos

17. Aspecto Teórico • Batería • Colectores • Electrodo Polarizado • Capa Doble de Helmholtz • Electrolito con Iones negativos y positivos • Separador

18. Principios de Funcionamiento • Doble capa de capacitancia electroestática

19. Principios de Funcionamiento • Pseudocapacitancia

20. Ciclo de Vida

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22. Aplicación de los ultracapacitores • Almacenamiento de energia. • Sistema de transferencia de potencia. Back-Up Power Regenerative Power Burst Power Quick Charge Cold Starting

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24. Ventajas de los ultracapacitores • Gran período de operación • Capacidad de manejar altos valores de corriente • Valor de carga fácil de monitorear • Alta eficiencia • Gran rango de tensión • Gran rango de temperatura • Ciclos de funcionamiento largos • Facilidad de mantenimiento

25. Nuevos materiales para su construcción • Silicio • Grafeno • Arcilla • Polímeros • Óxidos de metales de transición • Nanotubos

26. Ventajas del Grafeno • Gran flexibilidad • Transparente • Elevada conductividad térmica y eléctrica • Elasticidad y dureza • Resistencia (200 mayor que la del acero) • Capaz de lograr adherencia a otras partículas • Generación de electricidad al ser expuesto a la luz • Autoreparacion • Razón Superficie/Volumen

27. Diferencias de capacidad

28. Futuras aplicaciones de los ultracapacitores • Automotriz • Aeroespacial • Apoyo energético • Almacenamiento de energía • Sistemas de transferencia de potencia • Industria • Blindajes

29. Agenda • Capacitores • Uso de los Capacitores en la actualidad • Ultracapacitores • Uso de los Ultracapacitores en la actualidad • Futuro de los Ultracapacitores • Ultracapacitores vs Baterías

30. Ultracapacitor vs Bateria • Estructura de una Bateria • Está compuesta de celdas electroquímicas • Estas celdas consisten en dos electrodos separados por una distancia • El espacio entre ellos se rellena con un electrolito, (compuesto que convierte en iones cuando es disuelto en cierto solvente) • La energía se almacena en el compuesto que crea los electrones.

31. Ultracapacitor vs Bateria

32. Ultracapacitor vs Bateria • Batería • Mas conocida es lithium-ion • Almacena la energía en una reaccion química. • Carga y descarga mas lenta • Mayor capacidad de almacenamiento • Menos vida util

33. Ultracapacitor vs Bateria • Ultracapacitor • Almacena la energía en un campo eléctrico • Carga y descarga mas rápida • Menor capacidad de almacenamiento (5% de una bateria de lithium-ion) • Mayor vida util

34. Ultracapacitor vs Bateria • Trabajo en conjunto: • Los ultracapacitores son muy efectivos, sin embargo, aceptando o entregando energía de forma repentina, lo que los hace buenos compañeros para las baterías de lithium-ion. • Por ejemplo, en un auto eléctrico, un ultracapacitor puede proveer la energía necesaria para la aceleración, mientras que la batería alimenta el sistema y recarga el capacitor entre entregas de energía.

35. Ultracapacitor vs Bateria • Densidad de Potencia / Densidad de Energía • Densidad de energía es la cantidad de energía almacenadada en un sistema dado, por unidad de volumen o masa. • Densidad de potencia es la cantidad de potencia por unidad de volumen. En dispositivos como las baterias refiere a un volumen y es expresado como W/m3

36. Ultracapacitor vs Bateria Densidad de Potencia / Densidad de Energía

37. Ultracapacitor vs Bateria Comparación

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39. ¡Gracias!