Usos y aplicaciones de capacitores e inductores en la ingeniería. Capacitor Un condensador o capacitor es un dispositivo utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como capaz de almacenar la energía eléctrica que recibe durante la carga, a la vez que la cede de igual forma durante la descarga. Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Condensador de alta capacidad Los condensadores electroquímicos de doble capa, también conocidos como supercondensadores, supercapacitores, pseudocapacitores, ultracondensadores, ultracapacitores o simplemente EDLC por sus siglas en inglés, son dispositivos electroquímicos capaces de sustentar una densidad de energía inusualmente alta en comparación con los condensadores normales, presentando una capacitancia miles de veces mayor que la de los electrolíticos de alta capacidad.
Usos y Aplicaciones del capacitor En el caso de los filtros de alimentadores de corriente se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente alterna pero no corriente continua. Los condensadores electrolíticos pueden tener mucha capacitancia, permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia.
Circuitos temporizadores. Filtros en circuitos de radio y TV. Fuentes de alimentación. Arranque de motores.
Automóviles híbridos Por la eficiencia en el uso de la energía estos dispositivos son un elemento prometedor para el desarrollo de medios de transporte que combinen la energía solar con la proveniente de combustibles fósiles. Su aprovechamiento se debe fundamentalmente a que permiten una mejor descarga de energía durante la aceleración del vehículo. En la prueba realizada en el 2000 para los nuevos autobuses de transporte de la NASA que con el uso de condensadores se podía acelerar a 157 pies en 10 segundos con el mínimo de pérdidas de energía. Un desarrollo importante es el uso de supercondensadores para el desarrollo de la unidad de apoyo auxiliar (APU por sus siglas en inglés). Freightliner y Delphi demostraron su uso en sistemas automotrices de pasajeros, aunque BMW argumenta que hay poca sensibilidad para su regulación debido a las modificaciones hechas a la gasolina para reducir la emisión de contaminantes, por lo que es viable instalarlos en sistemas basados en hidrógeno.
Apoyo energético Muchos proyectos en ingeniería, como el diseño de elevadores, requieren de ciclos donde en una etapa se requiera una baja descarga de energía y otros de una alta descarga (como cuando el elevador desciende y asciende). Esta demanda requiere de sistemas que permitan una regulación precisa de la energía suministrada y una alta capacidad de almacenamiento de energía. De esta manera los supercondensadores suministran la energía necesaria para subir el elevador sin necesidad de sobrecargar la red eléctrica.
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Aplicaciones de energía solar En aplicaciones de energía solar es necesario estabilizar la tensión suministrado por las fotoceldas, por lo que se utilizan supercondensadores de 2400 F dispuestos en paralelo para estabilizar el suministro de energía eléctrica. De las fotoceldas generalmente se traslada la diferencia de potencial a una válvula de regulación de descarga ácida. Actualmente se estudia la manera de controlar la tensión a través de un banco de supercondensadores que permite disminuir los picos de tensión y proveer una corriente constante de 1.37 A por 45 segundos cada hora, gracias al almacenamiento de energía en el condensador y su liberación estable en un circuito equivalente RLC.
Almacenamiento de energía Uno de los usos más extendidos de supercondensadores es su uso en sistemas microelectrónicos, memorias de computadoras y relojes y cámaras de alta precisión. Su uso permite mantener el funcionamiento de los dispositivos durante horas e incluso días.
Sistemas de transferencia de energía Una aplicación estudiada ampliamente en la actualidad es el uso de supercondensadores en sistemas UPS unido a sistemas de transferencia de energía acoplados por inducción (ICPT). Se utilizan para facilitar la transferencia de energía, hacer más eficiente la carga de energía eléctrica, permitiendo el aislamiento de los sistemas UPS para el funcionamiento de sistemas eléctricos.
Sistemas de transferencia de potencia En el área de energía las propiedades de los supercondensadores son de gran importancia para la transferencia
de energía. Los sistemas STATCOM (Compensadores Estáticos) son dispositivos de la familia de los sistemas de transmisión de corriente flexible alternante (FACTS), y se utiliza para el control de los picos de tensión en sistemas eléctricos. Cuando se conectan con sistemas de transferencia de potencia a elementos STATCOM, se produce una gran inductancia que produce un incremento en la corriente y picos de tensión, por lo que es necesario tener condensadores de gran capacitancia para compensar este fenómeno. Su uso permite mantener una corriente constante y menores picos de tensión para facilitar la transmisión de la energía eléctrica. Los supercondensadores prometen llenar la brecha entre los condensadores y baterías. Los EDLCs tienen una variedad de aplicaciones comerciales, especialmente en "suavización de energía" y los dispositivos de carga momentánea. Dentro de sus primeros usos cabe destacar como fuente de energía para el arranque de motores en grandes tanques de guerra y submarinos. Debido a que se ha reducido el coste de producción, han comenzado a aparecer en los camiones diesel y en locomotoras. Más recientemente se han convertido en un tema de gran interés en la llamada Energía verde, pues su capacidad de absorber energía rápidamente los hace particularmente adecuados para aplicaciones de freno regenerativo. Mientras que las pilas, por otro lado, tienen dificultades en esta tarea debido su lenta velocidad de carga. Por su tamaño y peso reducido, los EDLCs, se están adaptando para almacenar electricidad en vehículos eléctricos. Un condensador de alta capacidad tiene un gran rendimiento (el 98% de la carga se devuelve); almacena mucha energía en relación a su peso (4Wh/kg), aunque no tanto como una batería; no presentan efecto memoria y tienen una gran capacidad de carga y descarga rápida (5kW/kg).
Inductores Un inductor o bobina es un componente que almacena energía en forma de campo magnético.
Usos y aplicaciones del inductor: Inductores y capacitores se utilizan en circuitos de audio para filtrar o amplificar frecuencias específicas. Se utilizan como filtros de línea telefónica, para eliminar las señales de alta frecuencia debanda ancha y se colocan en los extremos de los cables de señal para reducir el ruido. En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna, y solo obtener corriente continua en la salida Los transformadores se utilizan principalmente para convertir una tensión a otra. Integran circuitos de filtrado para salidas de fuentes rectificadoras tanto pequeñas como de potencia. Bobinado de electroimanes con CD Los motores de CD poseen inductores para generar los campos magnéticos necesarios para funcionar. Calentamiento por inducción electromagnética Es un método para suministrar calor en forma rápida, consistente, limpia controlable y eficiente para distintas aplicaciones de manufactura, sobre piezas o partes metálicas o de otros metales conductores de electricidad. Si se coloca un elemento de material ferromagnético dentro de un campo magnético alterno, se inducen corrientes eléctricas mayormente concentradas hacia la superficie, denominadas corrientes parásitas o de Foucault. Estas corrientes se cierran (neutralizan) dentro del mismo medio formando torbellinos, y son las responsables de la generación de calor por el efecto Joule. El campo magnético alterno también produce
sucesivas magnetizaciones y desmagnetizaciones en el material sometido al campo, que se traduce en sucesivos ciclos de histéresis, los cuales también producen pérdidas de energía electromagnética que se traducen en calor. Finalmente el calor se difunde al seno del elemento por conducción.
