¿Los condensadores desperdician energía en forma de calor u otros medios en corriente alterna?

Question

Los condensadores almacenan energía y la devuelven cuando se requiere. Un condensador perfecto es casi sin pérdidas en corriente continua (DC) porque solo se llena una vez y luego mantiene la energía en él hasta que se descarga, por lo que no hay pérdida de energía que mencionar, pero en corriente alterna (CA) los condensadores se cargarán y se descargaran constantemente, lo que en mi teoría parece ser un desperdicio de energía, ¿es eso cierto? Si es cierto, ¿cómo puedo medir esa pérdida para un condensador de 250V y 8000µF conectado a una línea de corriente alterna de 170V?

Answer 1

Existiría una pérdida de potencia porque con condensadores en la vida real, hay pérdidas parásitas, esto significa que el condensador no puede actuar como una carga capacitiva pura en la vida real, principalmente debido al proceso de construcción/materiales/tamaños.

En la vida real, los condensadores tienen una ESL (Inductancia en Serie Equivalente), una ESR (Resistencia en Serie Equivalente), y una Resistencia de Fuga en paralelo con el condensador que comúnmente se nota como Rleak.

Necesitarías conocer la ESR para calcular la pérdida de potencia. Pero ten en cuenta que este es un parámetro que se degrada con el uso del componente.

Según las normas de la industria EIA-463-A, MIL-C-62F, bajo condiciones de operación nominales, los condensadores se consideran completamente degradados y no utilizables en el circuito cuando su valor de ESR alcanza 2.8 veces el valor inicial de ESR y la disminución de la capacitancia supera el 20% del valor inicial.

Enlace al texto original.

Answer 2

Existen tres mecanismos de pérdida dentro del capacitor, todos ellos bastante menores, y uno de los cuales afecta a la fuente de alimentación, lo cual dependiendo de cómo se le facture la electricidad, puede o no preocuparlo.

Dentro del capacitor, los electrodos tienen resistencia, lo que causa pérdidas \$I_{terminal}^2R_{electrode}\$. El dieléctrico tiene una conductividad que suele ser muy muy pequeña en dieléctricos plásticos, más significativa en los electrolíticos, causando también pérdidas \$I_{leakage}^2R_{dielectric}\$. El dieléctrico también tiene pérdidas de histéresis, también despreciables en la mayoría de los plásticos, más significativas en los electrolíticos.

La corriente de carga/descarga fluye por sus líneas de suministro, pero no hay transferencia neta de potencia a usted, por lo que la mayoría de los medidores domésticos no le cobrarán por esto. Esto suele llamarse potencia reactiva, o VAr. Los clientes comerciales pueden ser facturados por VAr, ya que causa que el proveedor de infraestructura eléctrica tenga que invertir en cables de suministro más gruesos de lo necesario. Sin embargo, como la mayoría de los usuarios comerciales tienden a tener cargas inductivas como motores, los capacitores a lo largo de la línea tienden a reducir su VAr. Por eso existe un mercado de capacitores de corrección de factor de potencia grandes para ser utilizados en paralelo con grandes fábricas.

Answer 3

Un condensador ideal es sin pérdidas, la energía liberada durante la descarga es igual a la almacenada durante la carga.

Sin embargo:

1. Los condensadores reales no son ideales, las pérdidas en un condensador real en corriente alterna probablemente serán mucho mayores que en corriente continua, porque en corriente continua solo tienes pérdidas por fugas, mientras que en corriente alterna tienes pérdidas causadas por corrientes que entran y salen del condensador. Las placas de un condensador suelen ser muy delgadas y, por lo tanto, pueden tener una resistencia notable.

2. Incluso si el condensador en sí mismo fuera sin pérdidas, el flujo de corriente causado por el condensador puede cambiar las pérdidas en otro lugar en el sistema. En el caso simple, considera un condensador conectado a la red por un cable largo, el flujo de corriente causará pérdidas resistivas en el cable. Por otro lado, las corrientes de los condensadores pueden cancelar con las de los inductores, por lo que es posible que un condensador situado y dimensionado adecuadamente realmente reduzca las pérdidas en el cable que alimenta una carga inductiva.

Answer 4

No. La pura capacitancia no desperdicia energía como calor. Es por eso que cargas inductivas como motores o balastos de luces fluorescentes a menudo se compensan con capacitores para que las cargas se vean como una resistencia pura y lograr un mejor factor de potencia. Sin embargo, las no idealidades como la resistencia en serie y las pérdidas dieléctricas sí consumen energía, por lo que los capacitores prácticos que puedes comprar sí desperdician cierta cantidad de energía.