He visto aquí y allá esquemas con condensadores electrolíticos puestos en AC. Y esto me suena raro.
Los condensadores electrolíticos tienen una polaridad, ¿verdad? Si invertimos las polaridades en CC, ocurren cosas malas. Por lo que tengo entendido, la CA invierte la polaridad de vez en cuando (normalmente a 50 Hz). ¿Por qué podemos poner tales condensadores en CA sin dañarlos?
Ejemplo:
de la demostración aquí: http://youtu.be/qdXbnhb1bVo?t=5m57s
"Puede" y "debe" son dos cosas. ¿Debe hacerlo? No: este uso está fuera de los parámetros de funcionamiento especificados de los condensadores electrolíticos ordinarios. Parece que ya lo entiende. ¿Puede hacerlo? Sí, como demuestra el vídeo. Para entender por qué, hay que comprender un poco lo que hay dentro del condensador.
Un condensador son dos conductores (normalmente placas) separados por un aislante. Cuanto más superficie y más cerca estén, mayor será la capacitancia. Los condensadores electrolíticos tienen una fina película enrollada en la lata. Esta película está cubierta por una fina capa de óxido, y la delgadez de esta capa es lo que da a los condensadores electrolíticos su alta capacidad en relación con su tamaño.
Esta capa de óxido se crea gracias a la química de los materiales del condensador y a la polaridad de la tensión aplicada a cada lado de la película. Un voltaje aplicado en la dirección correcta crea y mantiene la capa de óxido. Si se invierte la polaridad, la capa de óxido se disuelve.
Si la capa de óxido se disuelve, ya no hay un aislante entre las dos placas del condensador. En lugar de dos placas separadas por un aislante, tiene dos placas separadas por un conductor. En lugar de un dispositivo que bloquea la corriente continua, tienes un dispositivo que la conduce. Básicamente, tienes un cable en una lata.
Normalmente, cuando se encuentra este modo de fallo, fluye una gran corriente que calienta rápidamente las partes internas del condensador. El fluido y el gas en expansión rompen el respiradero de seguridad o la lata explota.
¿Por qué entonces el condensador de este ejemplo no explota?
La capa de óxido no se disuelve instantáneamente cuando se aplica una tensión inversa, sino que lleva tiempo. El tiempo depende de la tensión aplicada, el tamaño del condensador, la química, etc., pero medio ciclo de CA de 50 Hz no es probablemente suficiente para causar daños graves. Cuando llega la otra mitad del ciclo, la capa de óxido se restablece.
Con esas resistencias en serie, la potencia disponible para calentar el condensador es pequeña. Simplemente no hay suficiente potencia disponible para destruir catastróficamente el condensador porque la mayor parte de la energía disponible va a parar a las resistencias. Quizás sólo se calienta ligeramente el condensador. Cuando la tensión se invierte, la capa de óxido puede volver a formarse.
Probablemente, al final se dañe el condensador, en cierta medida, pero es lo suficientemente operativo para la demostración.
Lo más probable es que no te estés dando cuenta de que el condensador tiene un sesgo de CC y que los picos más bajos de la tensión que lo atraviesa no son negativos.
En el único ejemplo que has proporcionado, hay un LED en el circuito. Recuerde que un LED es también un diodo. Cuando puso el condensador en serie con el LED, debería haber evitado una tensión inversa significativa a través del condensador. Cuando el condensador se puso en paralelo con el LED, el LED habría derivado cualquier cosa más que un par de voltios de polaridad inversa alrededor del condensador.
Sin embargo, lo más importante es que se trata de un vídeo de un tipo en Internet que hace una demostración y no pretende ser riguroso. Es posible que fuera consciente de que el condensador estaba siendo maltratado y no le importara. Tampoco sabemos si el condensador acabó sufriendo algún daño.
Así que, en resumen, las razones por las que se ven condensadores electrolíticos aparentemente con tensión inversa son:
No lo son. Hay un sesgo de DC que no has notado.
Lo son, y quizá se dañen, pero quien lo hace no se da cuenta o no le importa.
No se puede creer todo lo que se ve en Internet.
Hay un par de respuestas posibles.
La aplicación más común de los electrolíticos en aplicaciones de CA es como condensadores de acoplamiento en amplificadores de CA. En este caso, suele haber una clara polarización de CC a través del condensador (como resultado de la polarización de las etapas individuales del amplificador), por lo que, aunque esté pasando una corriente de CA, la tensión a través del propio condensador nunca se invierte.
En segundo lugar, existe un condensador electrolítico no polarizado que a veces se utiliza en aplicaciones de frecuencia de línea eléctrica. Tiene capas de óxido en ambas placas.
¿Por qué puedo poner un condensador electrolítico en CA?
Se puede, pero dañará el condensador, posiblemente de forma fatal, salvo en casos triviales.
El ejemplo mostrado no demuestra mucho en absoluto.
Si se aplica una tensión inversa modesta a un condensador en comparación con su tensión nominal, es posible que no se produzcan demasiados daños si no fluye demasiada corriente y si no se hace durante demasiado tiempo.
Los pequeños daños que se producen en estos casos pueden no ser aparentes.
Para valores excesivos de modestia, demasiado, demasiado y demasiado tiempo, el condensador puede hacérselo saber de varias formas interesantes, como soplando todo su interior a través de la junta de la base, o a través del respiradero de seguridad formado por las ranuras en forma de cruz de la parte superior o simplemente hirviendo o secándose o negándose a venir a la fiesta en el futuro.
Una forma de utilizar condensadores electrolíticos en un circuito de corriente alterna es poner dos en serie de polaridad opuesta. Cada condensador tenderá a "ocuparse" de la parte apropiada de la forma de onda. El condensador con polaridad inversa pasará gran parte de la corriente a baja tensión inversa y utilizará la otra mitad para bloquear la tensión directa. En este caso no se alcanzan los límites de "demasiado".
En el clip de vídeo incluido no sabemos la tensión de salida del transformador, el tipo de LEDs utilizados, los valores de resistencia de las dos resistencias, ni los valores nominales del condensador electrolítico que se está probando. Congelando el encuadre y ampliando el contraste, parece que el condensador tiene un valor nominal de 35V, está claramente polarizado y podría tener una capacitancia de 200uF.
Los LEDs parecen ser pequeños LEDs rojos comunes que suelen tener una corriente de avance de 20mA. Incluso congelando el marco es difícil leer los valores de las resistencias y no hay manera de leer el voltaje RMS de salida del transformador. Pero asumiendo que las resistencias fueron elegidas para producir la corriente apropiada de 20mA para los LEDs, y que los LEDs están cableados en paralelo, invertidos para que la corriente pueda fluir en cada dirección es posible construir un modelo de especias para aproximarse a lo que el circuito del videoclip podría haber sido.
Asumiendo la resistencia total en serie de las dos resistencias (se puede modelar como una sola resistencia en serie) de 200 ohmios y el transformador de 5V pico a tierra obtenemos una corriente de 18mA. Si el condensador es realmente de 200uF, entonces una forma de onda de 50hz con un pico de +/- 18mA no es capaz de cargar completamente el tapón. 50hz son 20mseg para un ciclo completo, 1mseg para cada medio ciclo positivo o negativo.
Cada medio ciclo de 10mseg de ida negativa es menos de 1/4 de la constante de tiempo RC. Usando una resistencia paralela hacia adelante (de fuga) típica para un cap de 200uF de 2K ohmios, y añadiendo una resistencia paralela inversa que es mucho peor de 250 ohmios usando un diodo ideal y una resistencia en paralelo con el cap, muestra por qué no hubo daño al ejecutar un cap de CC en un circuito de CA. El pico de tensión positiva del condensador en la simulación fue de sólo 280mV, mientras que el pico de tensión inversa con la mayor corriente de fuga sólo 180mV.
Con un pico de tensión negativa inferior al 1% de su tensión nominal de avance, la capa de óxido nunca estuvo en peligro. Cuando el condensador se conectó en paralelo con los LEDs, el voltaje a través del condensador nunca llegó a ser lo suficientemente alto como para permitir que los LEDs funcionaran, y a diferencia de la configuración en serie, no había corriente de carga/descarga a través de ellos. Con las resistencias limitadoras de corriente aún en serie con el condensador, éste no era capaz de cargar hasta niveles peligrosos, especialmente cuando estaba en polarización inversa.
Si los LEDs hubieran tenido una resistencia en serie separada para limitar su corriente y el condensador en serie con una resistencia mucho más pequeña de manera que el tiempo de medio ciclo de 50hz fuera de varias constantes de tiempo RC, entonces el condensador habría alcanzado casi toda la tensión negativa y probablemente fallaría muy rápidamente. Pero limitado a la corriente de seguridad del LED no podía empezar a cargarse antes de que la tensión se invirtiera y por tanto no corría ningún peligro.
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