Em artigo deste site descrevemos como utilidade importante para os supercapacitores e operação como fonte de energia. De fato, um capacitor de 1 farad pode fornecer energia suficiente para que um circuito de baixo consumo funcione por semanas ou mesmo meses.
Neste artigo ensinaremos como calcular o tempo que um capacitor pode alimentar um circuito e até daremos algumas aplicações práticas simples, como um sinalizador de LEDs como o LM3909.
Um primeiro cálculo que envolve o uso de um supercapacitor como fonte de energia consiste em se determina a quantidade de energia armazenada. Isso pode ser feito da seguinte maneira, usando o procedimento de nosso livro Fórmulas e Cálculos Para Eletricidade e Eletrônica – Vol 1.
O espaço entre as placas de um capacitor carregado é preenchido por um campo elétrico onde energia é armazenada. A energia armazenada por um capacitor é calculada pelas fórmulas dadas a seguir.
Fórmula 1
W = ½ x C x V2
Onde:
W é a energia armazenada em joules (J)
C é a capacitância em farads (F)
V é a tensão entre as armaduras do capacitor em volts (V)
Fórmula 2
W = ½ x C x V
Onde:
W é a quantidade de energia armazenada em joules (J)
Q é a carga do capacitor em coulombs (C)
V é a tensão entre as armaduras em volts
Por exemplo, se tivermos um capacitor de 1 F e aplicarmos 3 V entre suas armaduras, a energia armazenada será:
W = ½ x 1 x 9
W = 4,5 Joules
Como 1 Wh é 4,18 Joule x Hora, e energia em Wh deste capacitor será de aproximadamente 1 Wh.
Um LED de 1 W, por exemplo, supondo uma descarga algo linear teoricamente pode ficar aceso durante 1 hora se conectado a esses capacitor.
No entanto, o cálculo não é tão simples, porque os capacitores, à medida que descarregam têm a tensão diminuída segundo uma curva exponencial.
Assim, devemos levar em conta esta curva que é bem diferente da que obtemos com a utilização de uma pilha, conforme mostra a figura 2.
Se a tensão do capacitor for umas duas vezes a tensão de alimentação que precisamos para um circuito, podemos dizer que o supercapacitor será útil até aproximadamente um tempo que seja da ordem da constante de tempo obtida na sua descarga.
Exemplo
Carregamos um supercapacitor de 1 Farad com uma tensão de 3 V. Desejamos usá-lo para alimentar um circuito de 1,5 V e que exige uma corrente de 1 mA. Por quanto tempo o supercapacitor conseguirá manter este circuito em funcionamento?
Calculamos a energia total armazenada no supercapacitor que, conforme já vimos é de aproximadamente 1 Wh.
Um circuito de 1,5 V que drena uma corrente de 1 mA tem uma potência consumida de P = 1 mA x 1,5 = 1,5 mWh.
Dividindo 1 Wh por 1,5 mWh temos o tempo de alimentação aproximado:
T = 1/1,5 x 10-3
T = 0,66 x 103
T = 666 horas
Na verdade, antes disso a tensão no capacitor já cairá para menos de 1,5 V.
Trabalhando com a constante de tempo em que a carga cai para 50% temos então:
T = 0,50 x 666 = 333,3 horas
Circuitos Práticos
Esta e a aplicação original do pulsador de baixo consumo da National Semiconductor Lm3909.
O LED pode ser de qualquer tipo e a frequência de operação é determinada pelo capacitor.
O circuito funciona com tensões a partir de 1,2 V até 6 V. A corrente é da ordem de microampères.
Com um capacitor de 1 F na alimentação o LED piscará durante meses...
