Capacitores Eletrolíticos de Alumínio

A maioria dos capacitores é construída com duas folhas finas de alumínio separadas por um filme do material dielétrico. Para permitir um encapsulamento compacto, através do qual enrola-se as folhas metálicas e o dielétrico juntos. É assim que se são construídos os capacitores de papel, poliéster e policarbonato.

O esquema de construção através de folhas enroladas faz com que o capacitor tenha uma indutância parasita elevada. Em contrapartida uma alternativa muito utilizada para capacitores destinados a uso em altas freqüências, chamados capacitores “multicamadas”, normalmente com dielétrico cerâmico.

O método de construção dos capacitores eletrolíticos difere fundamentalmente dos demais capacitores. Tem-se, nesses capacitores, os seguintes elementos:

Primeira armadura: é uma folha fina de alumínio, se constituindo no “terminal positivo” do capacitor.

Dielétrico: é uma camada finíssima de óxido de alumínio, depositada sobre a primeira armadura. Esta camada de óxido é criada por um tratamento  eletroquímico chamado oxidação anódica, aplicado na folha da primeira armadura. O óxido de alumínio é um excelente dielétrico.

Segunda armadura: é um líquido condutor de corrente elétrica (eletrólito), que entra em contato com a superfície oxidada da primeira armadura. Para melhorar o contato, é usada uma folha de papel poroso embebida com o eletrólito e uma segunda folha de alumínio, sem tratamento eletroquímico, chamada de “folha de catodo”. Tem-se assim o “terminal negativo” do capacitor eletrolítico.

O “sanduíche” assim formado é enrolado e colocado no interior de uma “caneca” de alumínio, vedada por uma espécie de tampão de borracha. A “caneca” faz contato com o eletrólito, sendo portanto eletricamente ligada ao terminal negativo do capacitor. Um fio metálico atravessa o tampão de borracha e faz contato com a folha de alumínio da primeira armadura.

O processo de oxidação anódica da primeira armadura produz uma camada de óxido de alumínio proporcional à tensão elétrica usada, da ordem de 0,0012 mm/V. Assim, mesmo nos capacitores eletrolíticos de maior tensão, a camada de óxido faz com que a distância entre as armaduras seja de no máximo 0,7 mm. Para efeito de comparação, uma folha de papel tem uma espessura de 6 mm a 8 mm, mostrando que o grande “segredo” para os capacitores eletrolíticos apresentarem alta capacitância em pequeno volume é a pequena espessura da camada dielétrica de óxido de alumínio depositada sobre a primeira armadura. Por outro lado, reside também aí uma de suas desvantagens: capacitores eletrolíticos tem tensão nominal relativamente baixa, comparativamente aos capacitores construídos com dielétrico cerâmico ou com folhas de material polimérico (poliéster ou policarbonato).

Para elevar ainda mais a capacitância dos capacitores eletrolíticos, a folha de alumínio da primeira armadura recebe um tratamento eletroquímico prévio de decapagem ou corrosão, antes da oxidação. Como resultado, obtém-se uma superfície rugosa, com área de contato efetiva muito maior do que se teria com folhas lisas. Como a segunda armadora é um fluido, ele se adapta perfeitamente à superfície áspera da primeira armadura.

Nunca Ligue Capacitores com Polaridade Invertida

Um capacitor eletrolítico construído conforme descrito no item anterior só funciona adequadamente quando se liga o polo positivo à folha de alumínio anodizada (anodo) e o polo negativo ao eletrólito (catodo), através da “caneca” metálica. Se a ligação for feita de modo invertido, inicia-se no interior do capacitor o mesmo processo eletroquímico que o fabricante usou para criar a camada de óxido na primeira armadura, porém agora localizado na folha de catodo, que não sofreu tal tratamento. Também a superfície interna da “caneca” de alumínio se oxida. Durante este processo ocorre a geração de gases e calor, que pode levar à explosão do capacitor. Muitos capacitores eletrolíticos possuem uma espécie de “válvula de segurança” para os casos de explosão. Alguns fabricantes usam para isso uma reentrância no tampão de borracha, enquanto outros introduzem um ponto frágil na caneca de alumínio.

Mesmo que a ligação errada seja desfeita antes que ocorra a explosão, o capacitor ficará comprometido, devido a dois fatores: Primeiro, a oxidação interna faz com que a camada de dielétrico seja maior do que a que existia originalmente, resultando em sensível diminuição no valor da capacitância. Em segundo lugar, mesmo que não ocorra explosão, o capacitor sofre os efeitos mecânicos do acúmulo de gases no seu interior, podendo vir a vazar em futuro próximo.

Deve-se tomar extremo cuidado com o eletrólito líquido. O eletrólito é constituído de uma solução ácida, que pode vir a corroer outros elementos do circuito em caso de vazamento. Nos casos em que ocorre explosão acidental do capacitor, os cuidados devem ser máximos. Se houver contato do eletrólito com a pele, deve-se lavar imediatamente o local atingido com água em abundância e sabão. Em caso de contato com os olhos, é imperativo a assistência de médico oftalmologista, sob o risco de lesões graves. Por isso, é recomendado que sejam usados óculos protetores nos laboratórios de eletrônica quando se manuseiam capacitores eletrolíticos em tensões maiores que 50 V.

Devido ao processo eletroquímico, os capacitores eletrolíticos são usados apenas em situações de tensão contínua entre seus terminais. Pode-se, é claro, ter-se uma tensão alternada  sobreposta à componente contínua, desde que em nenhum momento a tensão se torne invertida. Na verdade a ligação invertida da ordem de até 2 V é permitida, pois a folha de catodo é coberta por uma oxidação natural, que eqüivale a uma camada anódica de cerca de 2 V.

Outro ponto a ser tomado atenção é a tensão nominal dos capacitores eletrolíticos.

A operação de um capacitor eletrolítico em tensão maior que a nominal faz com que ocorra uma oxidação adicional da folha de anodo, gerando gases e calor da mesma forma que acontece na ligação com polaridade invertida. Também nesse caso, mesmo que não ocorra explosão a capacitância diminuirá e a estrutura pode ficar comprometida pela pressão dos gases gerados internamente.

Fonte: internet

2011 04 02