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¿Qué ocurre si conecto un condensador de baja tensión a una tensión alta?

Dado que c=q/v aunque lo conecte a un V mayor, su carga Q puede disminuir proporcionalmente ¿no? Entonces, ¿por qué debería dañar mi condensador? o ¿el campo eléctrico interno se elevará demasiado y hará que el dieléctrico se rompa? ¿O simplemente se volvería demasiado permeable y luego se sobrecalentaría debido al gran aumento del autocalentamiento?

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Busque en youtube condensadores que explotan para obtener una representación visual

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No querrás tocar las piezas resultantes. El electrolito es cáustico, para empezar.

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Sólo una vez en mi vida he soplado una tapa. No fue bonito, incluso con la explosión contenida totalmente dentro de la carcasa del dispositivo (un concentrador USB genérico). Ese olor te enseñará a tratar los condensadores con respeto.

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CharlieHanson Puntos 865

Una respuesta literal es este :

BANG

Hay tres condensadores fundidos; dos pueden verse como espirales de material gris todavía razonablemente in situ, el tercero no es más que la base y los terminales internos. Todos ellos estaban clasificados para 6,3V pero, debido a un fallo en el regulador de potencia, estaban conectados a la friolera de 7,5V. Una cantidad insignificante, se podría pensar, pero la lata exterior de ese tercer condensador estalló con tal fuerza que hizo un agujero en un trozo de plástico de 3 mm -a unos 80 mm- y se incrustó en una batería del otro lado.

Toda esa cosa marrón es un material fibroso similar al cartón, y se mete en todas partes. No sé si hay algún tipo de aceite en el interior del condensador que se seca cuando se expone al aire, pero sí sé que se pega como un pegamento a cualquier cosa sobre la que caiga.

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Los condensadores en primer plano tienen marcas de puntuación en forma de cruz en la parte superior. Supongo que es para ayudarles a estallar de forma controlada. Es decir, están diseñados deliberadamente para que estallen a una alta presión pero antes de se acumulan hasta una presión realmente colosal.

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@steveverrill Son (o fueron ) todas las versiones cruzadas. El más cercano a la parte delantera ha empezado a abultarse pero no había reventado antes de que uno de los inductores en serie se quemara por completo, cortando el suministro a los tapones. Parece que a veces el daño se hace demasiado rápido y la tapa estalla catastróficamente. Por ejemplo, nunca he visto que un condensador de polaridad inversa falle con alguna dignidad, siempre ha sido una erupción total.

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Aquí hay una pregunta con respuestas que la confirman electronics.stackexchange.com/q/7929/50922 . Sin las marcas en forma de cruz, las latas de los condensadores habrían durado un poco más, pero el daño habría sido mucho peor. Mira que están diseñados para fallar de arriba hacia abajo, no de abajo hacia arriba. Soy ingeniero químico y se pueden conseguir discos de ruptura que se parecen a la parte superior de los condensadores para instalar en los recipientes a presión. Cuando se calcula cuánta energía se almacena en los vapores comprimidos y se divide por la masa, la proporción es enorme. De ahí que se alcancen velocidades muy altas al estallar.

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user44635 Puntos 4308

Hay que tener cuidado con estas ecuaciones.

c=q/v, Q = CV, todo parece muy bonito, pero sólo se aplica dentro de los límites para los que se aplican .

Para un condensador, uno de los límites es mantener la tensión lo suficientemente baja como para que el dieléctrico del condensador permanezca intacto. Al aumentar la tensión en los terminales, la tensión eléctrica aumenta en el dieléctrico y, finalmente, se rompe. Cuando esto ocurre, ya no tienes un condensador. En el mejor de los casos, se tiene un cortocircuito o un circuito abierto. En el peor de los casos, tienes un laboratorio lleno de humo y/o un viaje a urgencias.

Los fabricantes de condensadores ayudan bastante a imprimir el voltaje máximo que soportan sus tapones antes de dejar de ser condensadores. Por lo general, se puede sobrepasar un poco, un pequeño porcentaje, a costa de la vida útil del condensador. Si lo superas en decenas de puntos porcentuales, la vida útil del condensador será nula.

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¡SÍ! La gente no piensa en cómo funcionan realmente los componentes. Cuando se cargan las placas de una tapa, se ejerce una fuerza mecánica proporcional a la intensidad del campo electrostático de la carga. Las placas se flexionan. Si se sobrecargan, se doblan. Cuando se doblan, se acercan, lo que aumenta la atracción entre las placas y la fuerza mecánica. Si se doblan lo suficiente como para tocarse, se produce un cortocircuito que hace hervir el electrolito con las consecuencias ilustradas.

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@Peter Wone: placas de flexión de un electrolítico (mira las etiquetas con atención) ¿condensador? RoTFL

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Sé que están enrollados. Las fuerzas mecánicas siguen ocurriendo y el contacto sigue siendo catastrófico.

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jerhinesmith Puntos 5425

Si quieres saber por qué ocurre algo en el mundo real, necesitas un modelo más complejo que la pura fórmula teórica.

¿Cómo se fabrican los condensadores? Son dos finas láminas de material conductor de la electricidad con una fina lámina de material aislante de la electricidad colocada entre ellas. La capacitancia viene dada por la geometría de estas láminas. Se necesita un aislante más fino o una mayor superficie para obtener una mayor capacidad.

En teoría, el aislante no permite que los electrones fluyan a través de él. En la vida real, los materiales se comportan de forma diferente. Con un voltaje suficiente, cualquier aislante se verá obligado a permitir que los electrones fluyan a través de él.

La tensión de ruptura en la que se produce depende del material, también de su geometría. Una lámina de aislante más fina se romperá a una tensión más baja que una más gruesa.

Este fenómeno de ruptura suele ser muy energético, ya que la pequeña cantidad de corriente se disipará en forma de calor en la enorme resistencia del aislador. Esto también podría ser una simplificación del fenómeno real de la ruptura por sobretensión. También pueden producirse reacciones químicas que pueden cambiar el comportamiento del condensador.

Por lo tanto, si se quiere hacer un condensador pequeño de alta capacitancia, tendrá que limitarse a tensiones bajas. Los de alto voltaje y alta capacitancia son grandes por esta razón.

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Y para los ingenieros, todo este complicado comportamiento en el mundo real es simplificado por los fabricantes a un valor de tensión :D

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ben-carl Puntos 98

Según @andy, la fórmula debe aplicarse de forma correcta.

según @andy y predicho por @user44635 el condensador fallará cuando el voltaje se eleve más allá de algún límite.

La forma en que falla y sus efectos dependen de

  • la tensión de fallo,
  • energía almacenada ( \$\frac{1}{2}CV^2\$ en el momento del fallo),
  • tasa de cambio de carga y tensión,
  • tipo de condensador,
  • defectos de material y de fabricación,
  • los factores ambientales, como la humedad y la temperatura, y las fuentes de energía conectadas.

@ceteras añade algunas ideas útiles a @user44635 y muestra cómo debemos ser siempre conscientes tanto de la teoría como de las relaciones prácticas en lo que estamos tratando.

Los efectos pueden ser insignificantes, una bocanada de humo, o peligrosos, potencialmente mortales y catastróficos.

En un incidente ocurrido en la década de 1960, un condensador relativamente pequeño -creo que era de 33pF o así- (de unos 150 mm por 25 mm cuadrados) que fabricó mi padre provocó muchos daños colaterales. Una pequeña ciudad de unos 100.000 habitantes se quedó sin luz durante un fin de semana. El tapón estaba en una línea de CA de 33kV o 100kV. Se utilizaba como parte de un divisor capacitivo para medir la tensión.

Falló debido a un defecto de diseño y fabricación. No recuerdo si hubo muertos o heridos graves. Esto podría haber sido fácilmente el caso.

Según @Loren, los cálculos son los siguientes, tomando 33kV y 33pF (que es lo que creo recordar que está marcado)

\$\frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2} \times (33 \times 10^{-12}) \times (33 \times 1.4 \times 10^3)^2\$

\=~ 35mJ (e&oe gracias @peter @loren )

El factor de 1,4 corrige la tensión RMS->pico, los tapones tienden a fallar en los picos.

La descarga del tapón tardaría en torno a 1ms y produciría 35W (quizás mucho más rápido).

A 100kV se obtiene 9 veces la energía y la potencia: 320mJ.

El dieléctrico falló, probablemente debido a una imperfección. Todo el suministro de la ciudad (varios MVA, incluso en aquellos días) se redirigió hacia el tapón, se ionizó el aire y el resto es historia. El extremo caliente habría sido una barra colectora, el extremo de tierra estaba unido a otra tapa como un divisor paralelo a un indicador de panel de neón.

Suficiente para despertar al operador pero poco más. La contribución de la línea eléctrica a través del aire ionizado, habría durado un poco más y hecho el daño.

En presencia de

  high power
  high voltage 
  high current 
  capacitors
  inductors
  high energy electrical systems of all forms 

se puede almacenar y liberar rápidamente mucha energía a tensiones y corrientes anormales para el circuito.

@Charlie muestra un bonito ejemplo de baja tensión.

Los tapones electrolíticos son interesantes en cuanto al modo de fallo, ya que los fluidos (a menudo en forma de gel) pueden hervir y provocar un fallo explosivo por el volumen de gases calientes que ahora ocupan su interior. Pueden alcanzar temperaturas superiores a los 100 grados antes de explotar y liberar vapor sobrecalentado.

Los ingenieros deben preocuparse siempre por su seguridad y la de los demás.

La carga de un condensador siempre conlleva algún riesgo, ya que puede fallar aunque funcione dentro de sus límites nominales debido a la fabricación, la manipulación, el entorno o cualquier otra razón.

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No tengo mucha potencia en ese condensador aunque la línea fuera de 100kv. Ahora bien, si respondiera con un cortocircuito y 100kv trataran de fluir a través de él eso es otra cosa.

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Hola Loren como vemos por @Charlie cosas sorprendentes suceden con los tapones todo el tiempo, y es a menudo (¿generalmente?) el entorno adjunto que causa el daño. Voy a editar mi respuesta con un poco más de detalle en breve.

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Los picofaradios son 10^-12, no 10^-6 (micro). Tus números de energía están fuera de lugar por un factor de un millón, que es probablemente la razón por la que no coinciden con los de @Loren. Casi seguro que todo lo dramático que ocurrió se debió a que el fallo provocó un cortocircuito, o tal vez inició la ionización del aire permitiendo que fluyera la corriente desde la red.

4voto

ianb Puntos 659

Q=CV por lo que, si la capacitancia se mantiene constante y aumentas la tensión, la carga debe aumentar. Conectar un condensador a una tensión superior a la nominal es pedir una nube de humo o incluso unos fuegos artificiales.

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@ChrisR ¿A quién diriges el comentario? El comentario del polvo en el ojo puede necesitar algún tipo de explicación en cuanto a su relevancia.

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Disculpas @andy, trataré de ser más cuidadoso en el futuro.

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@ChrisR Puedes escribir nuevos comentarios y borrar los antiguos, no hay problema y te recomiendo que lo hagas si crees que son engañosos. Lo he preguntado porque no estaba seguro de a qué querías llegar.

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